Alkenes hbr. Alkeni: metode dobijanja, hemijska svojstva i primena. Reakcija alkina sa bazama
Prvi predstavnik serije alkena je eten (etilen); da biste konstruisali formulu za sledećeg predstavnika serije, potrebno je da originalnoj formuli dodate CH 2 grupu; Ponavljanjem ovog postupka mnogo puta, može se konstruisati homologni niz alkena.
CH 2 +CH 2 +CH 2 +CH 2 +CH 2 +CH 2 +CH 2 +CH 2
C 2 H 4 ® C 3 H 6 ® C 4 H 8 ® C 5 H 10 ® C 6 H 12 ® C 7 H 14 ® C 8 H 16 ® C 9 H 18 ® C 10 H 20
Za konstruiranje imena alkena potrebno je promijeniti sufiks u nazivu odgovarajućeg alkana (sa istim brojem ugljikovih atoma kao u alkenu) en on - en(ili - ilen) Na primjer, alkan sa četiri atoma ugljika u lancu naziva se butan, a odgovarajući alken je buten (butilen). Izuzetak je dekan; odgovarajući alken će se zvati ne decen, već decen (decilen). Alken sa pet atoma ugljika u lancu, pored naziva penten, naziva se amilen. U tabeli ispod prikazane su formule i nazivi prvih deset predstavnika serije alkena.
Međutim, počevši od trećeg, butena, predstavnika niza alkena, pored verbalnog naziva „buten“, nakon njegovog pisanja treba da stoji broj 1 ili 2, koji pokazuje lokaciju dvostruke veze u ugljiku. lanac.
CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 CH 3 – CH = CH – CH 3
buten 1 buten 2
Pored sistematske nomenklature, često se koriste racionalni nazivi za alkene; alkeni se smatraju derivatima etilena, u čijoj su molekuli atomi vodonika zamijenjeni radikalima, a za osnovu se uzima naziv "etilen".
Na primjer, CH 3 – CH = CH – C 2 H 5 – simetrični metiletiletilen.
(CH 3) – CH = CH – C 2 H 5 – simetrični etilizopropiletilen.
(CH 3)C – CH = CH – CH(CH 3) 2 – simetrični izopropil izobutiletilen.
Nezasićeni ugljikovodični radikali se imenuju prema sistematskoj nomenklaturi dodavanjem sufiksa - enyl: etenil
CH 2 =CH -, propenil-2 CH 2 = CH – CH 2 -. Ali mnogo se češće koriste empirijski nazivi za ove radikale – shodno tome vinil I alil.
Izomerizam alkena.
Alkene karakteriše veliki broj različitih tipova izomerizma.
A) Izomerizam ugljeničnog skeleta.
CH 2 = C – CH 2 – CH 2 – CH 3 CH 2 = CH – CH – CH 2 – CH 3
2-metil penten-1 3-metil penten-1
CH 2 = CH – CH 2 – CH – CH 3
4-metil penten-1
B) Izomerizam položaja dvostruke veze.
CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 CH 3 – CH = CH – CH 3
buten-1 buten-2
B) Prostorni (stereoizomerizam).
Izomeri kod kojih se identični supstituenti nalaze na istoj strani dvostruke veze nazivaju se cis-izomeri, ali na različite načine - trans-izomeri:
H 3 C CH 3 H 3 C H
cis-buten trans-buten
Cis- I trans- izomeri se razlikuju ne samo po svojoj prostornoj strukturi, već i po mnogim fizičkim i hemijskim (pa čak i fiziološkim) svojstvima. trans - Izomeri su stabilniji u odnosu na cis izomeri. Ovo se objašnjava većom udaljenosti u prostoru grupa kod atoma povezanih dvostrukom vezom, u slučaju trans– izomeri.
G) Izomerija supstanci različitih klasa organskih jedinjenja.
Izomeri alkena su cikloparafini, koji imaju sličnu opštu formulu - C n H 2 n.
CH 3 – CH = CH – CH 3
buten -2
ciklobutan
4. Položaj alkena u prirodi i načini njihove pripreme.
Kao i alkani, alkeni se u prirodi nalaze u nafti, povezanoj nafti i prirodnim plinovima, mrkom uglju i uglju, uljnim škriljcima.
A) Priprema alkena katalitičkom dehidrogenacijom alkana.
SH 3 – CH – CH 3 ® CH 2 = C – CH 3 + H 2
CH 3 kat. (K 2 O-Cr 2 O 3 -Al 2 O 3) CH 3
B) Dehidracija alkohola pod uticajem sumporne kiseline ili uz učešće Al 2 O 3(parafazna dehidracija).
etanol H2SO4 (konc.) eten
C 2 H 5 OH ® CH 2 = CH 2 + H 2 O
etanol Al2O3 eten
Dehidracija alkohola se odvija po pravilu A.M. Zaitsev, prema kojem se vodonik odvaja od najmanje hidrogeniranog atoma ugljika, odnosno sekundarnog ili tercijalnog.
H 3 C – CH – C ® H 3 C – CH = C – CH 3
3-metilbutanol-2 2-metilbuten
IN) Reakcija haloalkila sa alkalijama(dehidrohalogenacija).
H 3 C – C – CH 2 Cl + KOH ® H 3 C – C = CH 2 + H 2 O + KCl
1-kloro 2-metilpropan(alkoholna otopina) 2-metilpropen-1
D) Uticaj magnezijuma ili cinka na dihalogene derivate alkila sa atomima halogena na susednim atomima ugljenika (dehalogenacija).
alkohol. t
CH 3 -CHCl-CH 2 Cl + Zn ® CH 3 -CH = CH 2 + ZnCl 2
1,2-dihloropropan propen-1
D) Selektivna hidrogenacija alkina na katalizatoru.
CH º CH + H 2 ® CH 2 =CH 2
ethene ethene
5. Fizička svojstva alkena.
Prva tri predstavnika homolognog niza etilena su gasovi.
Počevši od C 5 H 10 do C 17 H 34 - tečnosti, počevši od C 18 H 36 i zatim čvrste materije. Kako se molekularna težina povećava, povećavaju se tačke topljenja i ključanja. Alkeni s normalnim ugljičnim lancem ključaju na višoj temperaturi od njihovih izomera, koji imaju izostrukturu. Temperatura ključanja cis- izomeri viši od trans– izomeri, a tačka topljenja je suprotna. Alkeni su blago polarni, ali se lako polariziraju. Alkeni su slabo rastvorljivi u vodi (međutim, bolje od odgovarajućih alkana). Dobro se rastvaraju u organskim rastvaračima. Etilen i propilen sagorevaju kipućim plamenom.
Donja tabela prikazuje osnovna fizička svojstva nekih predstavnika niza alkena.
| Alkene | Formula | t pl. oC | t kip. oC | d 4 20 |
| eten (etilen) | C2H4 | -169,1 | -103,7 | 0,5700 |
| propen (propilen) | C3H6 | -187,6 | -47,7 | 0,6100 (at t(kip)) |
| buten (butilen-1) | C4H8 | -185,3 | -6,3 | 0,5951 |
| cis– Buten-2 | C4H8 | -138,9 | 3,7 | 0,6213 |
| trans– Buten-2 | C4H8 | -105,5 | 0,9 | 0,6042 |
| izobutilen (2-metilpropen) | C4H8 | -140,4 | -7,0 | 0,6260 |
| penten-1 (amilen) | C5H10 | -165,2 | +30,1 | 0,6400 |
| Heksen-1 (heksilen) | C6H12 | -139,8 | 63,5 | 0,6730 |
| hepten-1 (heptilen) | C 7 H 14 | -119 | 93,6 | 0,6970 |
| okten-1 (oktilen) | C 8 H 16 | -101,7 | 121,3 | 0,7140 |
| nonen-1 (nonilen) | C 9 H 18 | -81,4 | 146,8 | 0,7290 |
| decen-1 (decilen) | C 10 H 20 | -66,3 | 170,6 | 0,7410 |
6. Hemijska svojstva alkena.
A) Dodatak vodonika(hidrogenacija).
CH 2 = CH 2 + H 2 ® CH 3 – CH 3
eten etan
B) Interakcija sa halogenima(halogenacija).
Dodavanje hlora i broma alkenima je lakše, ali je jod teže.
CH 3 – CH = CH 2 + Cl 2 ® CH 3 – CHCl – CH 2 Cl
propilen 1,2-dihloropropan
IN) Dodatak halogenovodonika ( hidrohalogenacija)
Dodavanje halogenovodonika alkenima u normalnim uslovima odvija se prema Markovnikovovom pravilu: prilikom ionskog dodavanja halogenovodonika nesimetričnim alkenima (u normalnim uslovima), vodik se dodaje na dvostrukoj vezi najhidrogeniranom (vezanom za najveći broj atoma vodika) atomu ugljika, a halogen se dodaje manje hidrogeniranom .
CH 2 =CH 2 + HBr ® CH 3 – CH 2 Br
eten bromoetan
G) Dodavanje vode alkenima(hidratacija).
Dodavanje vode alkenima se takođe dešava prema Markovnikovom pravilu.
CH 3 – CH = CH 2 + H – OH ® CH 3 – CHOH – CH 3
propen-1 propanol-2
E) Alkilacija alkana alkenima.
Alkilacija je reakcija kojom se različiti ugljikovodični radikali (alkil) mogu uvesti u molekule organskih spojeva. Kao agensi za alkilaciju koriste se haloalkili, nezasićeni ugljovodonici, alkoholi i druge organske supstance. Na primjer, u prisustvu koncentrirane sumporne kiseline, aktivno se javlja reakcija alkilacije izobutana s izobutilenom:
3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O ® 3CH 2 OH – CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
eten etilen glikol
(etandiol-1,2)
Cepanje molekule alkena na dvostrukoj vezi može dovesti do stvaranja odgovarajuće karboksilne kiseline ako se koristi snažno oksidaciono sredstvo (koncentrovana azotna kiselina ili smeša hroma).
HNO3 (konc.)
CH 3 – CH = CH – CH 3 ® 2CH 3 COOH
buten-2 etanska kiselina (octena kiselina)
Oksidacija etilena atmosferskim kiseonikom u prisustvu metalnog srebra dovodi do stvaranja etilen oksida.
2CH 2 = CH 2 + O 2 ® 2CH 2 – CH 2
I) Reakcija polimerizacije alkena.
n CH 2 = CH 2 ® [–CH 2 – CH 2 –] n
etilen mačka. polietilen
7.Primena alkena.
A) Rezanje i zavarivanje metala.
B) Proizvodnja boja, rastvarača, lakova, novih organskih supstanci.
B) Proizvodnja plastike i drugih sintetičkih materijala.
D) Sinteza alkohola, polimera, kaučuka
D) Sinteza droga.
IV. Dienski ugljovodonici(alkadieni ili diolefini) su nezasićena kompleksna organska jedinjenja sa opštom formulom C n H 2 n -2, koji sadrži dvije dvostruke veze između atoma ugljika u lancu i sposoban je za vezanje molekula vodika, halogena i drugih spojeva zbog valentne nezasićenosti atoma ugljika.
Prvi predstavnik serije dienskih ugljikovodika je propadien (alen). Struktura dienskih ugljovodonika je slična strukturi alkena, jedina razlika je u tome što molekuli dienskih ugljikovodika imaju dvije dvostruke veze, a ne jednu.
Opća formula alkena: CnH2n(n 2)
Prvi predstavnici homolognog niza alkena:
Formule alkena se mogu sastaviti iz odgovarajućih formula alkana (zasićenih ugljovodonika). Nazivi alkena nastaju zamjenom sufiksa -an odgovarajućeg alkana sa -enom ili -ilenom: butan - butilen, pentan - penten itd. Broj atoma ugljika sa dvostrukom vezom označen je arapskim brojem iza imena.
Atomi ugljika uključeni u formiranje dvostruke veze su u stanju sp-hibridizacije. Tri -veze formirane hibridnim orbitalama i nalaze se u istoj ravni pod uglom od 120° jedna prema drugoj. Dodatna -veza se formira bočnim preklapanjem nehibridnih p-orbitala:
Dužina C=C dvostruke veze (0,133 nm) je kraća od dužine jednostruke veze (0,154 nm). Energija dvostruke veze je manja od dvostruko veća od energije jednostruke veze jer je energija -veze manja od energije -veze.
Alkenski izomeri
Svi alkeni osim etilena imaju izomere. Alkene karakterizira izomerija ugljičnog skeleta, izomerija položaja dvostruke veze, međuklasna i prostorna izomerija.
Međuklasni izomer propena (C 3 H 6) je ciklopropan. Počevši od butena (C 4 H 8), izomerizam se javlja položajem dvostruke veze (buten-1 i buten-2), izomerijom ugljeničnog skeleta (metilpropen ili izobutilen), kao i prostornom izomerijom (cis-buten- 2 i trans-buten-2). U cis izomerima supstituenti se nalaze na jednoj strani, a u trans izomerima na suprotnim stranama dvostruke veze.
Hemijska svojstva i hemijska aktivnost alkena određuju se prisustvom dvostruke veze u njihovim molekulima. Najčešće reakcije za alkene su elektrofilna adicija: hidrohalogenacija, hidratacija, halogenacija, hidrogenacija, polimerizacija.
Kvalitativna reakcija na dvostruku vezu – promjena boje bromne vode:
Primjeri rješavanja zadataka na temu "formula alkena"
PRIMJER 1
| Vježbajte | Koliko izomera sposobnih da obezboje bromnu vodu ima supstanca sastava C 3 H 5 Cl? Napišite strukturne formule ovih izomera |
| Rješenje | C 3 H 5 Cl je monohlor derivat ugljovodonika C 3 H 6 . Ova formula odgovara ili propenu, ugljovodoniku sa jednom dvostrukom vezom, ili ciklopropanu (ciklički ugljovodonik). Ova supstanca obezbojava bromnu vodu, što znači da sadrži dvostruku vezu. Samo tri atoma ugljika mogu formirati ovu strukturu: budući da je izomerizam ugljikovog skeleta i položaj dvostruke veze nemoguć sa takvim brojem atoma ugljika. Strukturna izomerija u datoj molekuli je moguća samo zbog promjene položaja atoma klora u odnosu na dvostruku vezu: Za 1-kloropropen je moguća cis-trans izomerija: |
| Odgovori | Uslovi problema su zadovoljeni sa 4 izomera |
PRIMJER 2
| Vježbajte | Smjesa izomernih ugljovodonika (gasovi sa gustinom vodonika 21) zapremine 11,2 litara (n.s.) reagovala je sa bromnom vodom. Rezultat je bio 40,4 g odgovarajućeg dibromo derivata. Kakvu strukturu imaju ovi ugljovodonici? Odrediti njihov volumetrijski sadržaj u smjesi (u%). |
| Rješenje | Opća formula ugljikovodika je C x H y. Izračunajmo molarnu masu ugljovodonika: Dakle, formula ugljikovodika je C 3 H 6. Samo dvije supstance imaju ovu formulu - propen i ciklopropan. Samo propen reaguje sa bromnom vodom: Izračunajmo količinu supstance derivata dibroma: Prema jednadžbi reakcije: n(propen) mol Ukupna količina ugljovodonika u smeši je jednaka: |
4. Hemijska svojstva alkena
Pokazalo se da je energija dvostruke veze ugljik-ugljik u etilenu (146 kcal/mol) znatno manja od dvostruke energije jednostruke C-C veze u etanu (2 88 = 176 kcal/mol). -C veza u etilenu je jača od -veze, pa su reakcije alkena praćene cijepanjem -veze sa stvaranjem dvije nove jednostavne -veze termodinamički povoljan proces. Na primjer, u gasnoj fazi, prema izračunatim podacima, sve donje reakcije su egzotermne sa značajnom negativnom entalpijom, bez obzira na njihov stvarni mehanizam.
Sa stanovišta teorije molekularnih orbitala, takođe se može zaključiti da je -veza reaktivnija od -veze. Razmotrimo molekularne orbitale etilena (slika 2).
Zaista, vezna -orbitala etilena ima veću energiju od vezne -orbitale, i obrnuto, antivezujuća * orbitala etilena leži ispod antivezujuće * orbitale C=C veze. U normalnim uslovima, *- i *-orbitale etilena su prazne. Prema tome, granične orbitale etilena i drugih alkena, koje određuju njihovu reaktivnost, biće -orbitale.
4.1. Katalitička hidrogenacija alkena
Unatoč činjenici da je hidrogenacija etilena i drugih alkena u alkane praćena oslobađanjem topline, ova reakcija se odvija značajnom brzinom samo u prisustvu određenih katalizatora. Katalizator, po definiciji, ne utiče na toplotni efekat reakcije, a njegova uloga se svodi na smanjenje energije aktivacije. Potrebno je razlikovati heterogenu i homogenu katalitičku hidrogenaciju alkena. U heterogenoj hidrogenaciji koriste se fino mljeveni metalni katalizatori - platina, paladij, rutenij, rodij, osmijum i nikl, bilo u čistom obliku ili na inertnim nosačima - BaSO 4, CaCO 3, aktivni ugljen, Al 2 O 3 itd. od njih su netopivi u organskim medijima i djeluju kao heterogeni katalizatori. Najaktivniji među njima su rutenijum i rodijum, ali su najrasprostranjeniji platina i nikal. Platina se obično koristi u obliku crnog dioksida PtO 2, poznatog kao Adamsov katalizator. Platinum dioksid se dobija spajanjem hloroplatinske kiseline H 2 PtCl 6 . 6H 2 O ili amonijum heksakloroplatinat (NH 4) 2 PtCl 6 sa natrijum nitratom. Hidrogenacija alkena sa Adamsovim katalizatorom obično se izvodi pri normalnom pritisku i temperaturi od 20-50 0 C u alkoholu, sirćetnoj kiselini, etil acetatu. Kada se vodik propušta, platina dioksid se reducira direktno u reakcionoj posudi u platinastu crnu, koja katalizira hidrogenaciju. Drugi aktivniji metali platinske grupe se koriste na inertnim nosačima, na primjer, Pd/C ili Pd/BaSO 4, Ru/Al 2 O 3; Rh/C, itd. Paladijum na uglju katalizuje hidrogenaciju alkena u alkane u rastvoru alkohola na 0-20 0 C i normalnom pritisku. Nikl se obično koristi u obliku takozvanog "Raney nikla". Da bi se dobio ovaj katalizator, legura nikl-aluminij se tretira vrućom vodenom alkalijom da bi se uklonio gotovo sav aluminij, a zatim vodom do neutralne reakcije. Katalizator ima poroznu strukturu i stoga se naziva i skeletnim nikalnim katalizatorom. Tipični uslovi za hidrogenaciju alkena preko Raney nikla zahtevaju upotrebu pritiska reda 5-10 atm i temperature od 50-100 0 C, odnosno ovaj katalizator je mnogo manje aktivan od metala platinske grupe, ali je jeftiniji. . Ispod su neki tipični primjeri heterogene katalitičke hidrogenacije acikličkih i cikličkih alkena:
Budući da se oba atoma vodika dodaju atomima ugljika dvostruke veze sa površine metala katalizatora, adicija se obično događa na jednoj strani dvostruke veze. Ova vrsta veze se zove sin- pristupanje. U slučajevima kada se dva fragmenta reagensa dodaju na različite strane višestruke veze (dvostruke ili trostruke), anti- pristupanje. Uslovi sin- I anti- su po značenju ekvivalentni terminima cis- I trans-. Da ne bi došlo do zabune i nerazumijevanja pojmova sin- I anti- odnosi se na vrstu veze i uslove cis- I trans- na strukturu podloge.
Dvostruka veza u alkenima je hidrogenirana višom brzinom u poređenju sa mnogim drugim funkcionalnim grupama (C=O, COOR, CN, itd.) i stoga je hidrogenacija C=C dvostruke veze često selektivan proces ako se hidrogenacija provodi u blagim uslovima (0-20 0 C i atmosferskom pritisku). Ispod su neki tipični primjeri:
Benzenski prsten se ne redukuje pod ovim uslovima.
Glavno i fundamentalno važno dostignuće u katalitičkoj hidrogenaciji je otkriće rastvorljivih metalnih kompleksa koji katalizuju hidrogenaciju u homogenom rastvoru. Heterogena hidrogenacija na površini metalnih katalizatora ima niz značajnih nedostataka, kao što su izomerizacija alkena i cijepanje jednostrukih ugljik-ugljik veza (hidrogenoliza). Homogena hidrogenacija nema ove nedostatke. Poslednjih godina, dobijena je velika grupa homogenih katalizatora hidrogenacije — kompleksa prelaznih metala koji sadrže različite ligande. Najbolji katalizatori za homogenu hidrogenaciju su kompleksi rodijum (I) i rutenijum (III) hlorida sa trifenilfosfinom - tris(trifenilfosfin)rodijum hlorid (Ph 3 P) 3 RhCl (Wilkinsonov katalizator) i tris(trifenilfosfin)rodijum hlorid (Ph 3 P) 3 RhCl (Wilkinsonov katalizator) i tris(trifenilfosfin) hlorid P. ) 3 RuHCl. Najpristupačniji rodijumski kompleks se dobija reakcijom rodijum(III) hlorida sa trifenilfosfinom. Wilkinsonov rodijumski kompleks se koristi za hidrogenizaciju dvostruke veze u normalnim uslovima.
Važna prednost homogenih katalizatora je sposobnost da selektivno redukuju mono- ili disupstituisanu dvostruku vezu u prisustvu tri- i tetra-supstituisane dvostruke veze zbog velikih razlika u njihovim brzinama hidrogenacije.
U slučaju homogenih katalizatora, adicija vodonika se takođe dešava kao sin- pristupanje. Dakle oporavak cis-buten-2 sa deuterijumom pod ovim uslovima dovodi do meso-2,3-dideuterobutan.
4.2. Redukcija dvostruke veze korištenjem diimida
Redukcija alkena na odgovarajuće alkane može se uspješno postići korištenjem diimida NH=NH.
Diimid se dobija dvema glavnim metodama: oksidacijom hidrazina sa vodikovim peroksidom u prisustvu Cu 2+ jona ili reakcijom hidrazina sa Ni-Raney (hidrazin dehidrogenacija). Ako je alken prisutan u reakcijskoj smjesi, njegova dvostruka veza je hidrogenirana vrlo nestabilnim diimidom. Posebnost ove metode je stroga sin-stereospecifičnost procesa restauracije. Vjeruje se da se ova reakcija odvija kroz ciklički aktivirani kompleks sa strogom orijentacijom oba reagirajuća molekula u prostoru.
4.3. Reakcije elektrofilne adicije na dvostrukoj vezi alkena
Granične HOMO i LUMO orbitale alkena su zauzete i prazne * orbitale. Shodno tome, -orbitala će učestvovati u reakcijama sa elektrofilima (E +), a *-orbitala C=C veze će učestvovati u reakcijama sa nukleofilima (Nu -) (vidi sliku 3). U većini slučajeva, jednostavni alkeni lako reaguju s elektrofilima, ali s nukleofilima vrlo teško. Ovo se objašnjava činjenicom da je obično LUMO većine elektrofila po energiji blizak energiji -HOMO alkena, dok HOMO većine nukleofila leži znatno ispod *-LUMO.
Jednostavni alkeni reaguju samo sa vrlo jakim nukleofilnim agensima (karbanionima) u teškim uslovima, međutim, uvođenje grupa koje povlače elektrone u alkene, na primer, NO 2, COR, itd., dovodi do smanjenja nivoa *, zbog koje alken stiče sposobnost da reaguje sa nukleofilima prosečne jačine (amonijak, RO - , Nê C - , enolat anion, itd.).
Kao rezultat interakcije elektrofilnog agensa E + sa alkenom, nastaje karbokation koji je vrlo reaktivan. Karbokation se dalje stabilizuje brzim dodavanjem nukleofilnog agensa Nu - :
Budući da je spora faza dodavanje elektrofila, proces dodavanja bilo kojeg polarnog agensa E + Nu - treba posmatrati upravo kao elektrofilni dodatak višestrukoj vezi alkena. Poznat je veliki broj reakcija ovog tipa u kojima ulogu elektrofilnog agensa imaju halogeni, vodikovi halogenidi, voda, dvovalentne soli žive i drugi polarni reagensi. Elektrofilni dodatak dvostrukoj vezi u klasifikaciji mehanizama organskih reakcija ima simbol Ad E ( Dodatak Electrophilic) i, ovisno o broju reagujućih molekula, označava se kao Ad E 2 (bimolekularna reakcija) ili Ad E 3 (trimolekularna reakcija).
4.3.a. Dodatak halogena
Alkeni reaguju sa bromom i hlorom da formiraju produkte adicije na dvostrukoj vezi jednog molekula halogena sa prinosom blizu kvantitativnog. Fluor je previše aktivan i uzrokuje uništavanje alkena. Dodavanje joda alkenima u većini slučajeva je reverzibilna reakcija, čija je ravnoteža pomjerena prema izvornim reagensima.
Brza dekolorizacija otopine broma u CCl4 služi kao jedan od najjednostavnijih testova za nezasićenost, budući da alkeni, alkini i dieni brzo reagiraju s bromom.
Dodavanje broma i hlora alkenima odvija se ionskim, a ne radikalnim mehanizmom. Ovaj zaključak proizilazi iz činjenice da brzina dodavanja halogena ne zavisi od zračenja, prisustva kiseonika i drugih reagenasa koji pokreću ili inhibiraju radikalne procese. Na osnovu velikog broja eksperimentalnih podataka predložen je mehanizam za ovu reakciju, uključujući nekoliko uzastopnih faza. U prvoj fazi dolazi do polarizacije molekula halogena pod djelovanjem veznih elektrona. Atom halogena, koji zadobije određeni frakcijski pozitivni naboj, formira nestabilan međuprodukt sa elektronima -veze, koji se naziva -kompleks ili kompleks za prijenos naboja. Treba napomenuti da u -kompleksu halogen ne formira usmjerenu vezu ni sa jednim specifičnim atomom ugljika; U ovom kompleksu se jednostavno ostvaruje interakcija donor-akceptor par elektrona - veza kao donora i halogena kao akceptora.
Zatim, -kompleks se transformiše u ciklički bromonijum jon. Tokom formiranja ovog cikličkog kationa dolazi do heterolitičkog cijepanja Br-Br veze i pražnjenja R-sp 2 orbitala hibridizovanog atoma ugljenika se preklapa sa R-orbitala “usamljenog para” elektrona atoma halogena, formirajući ciklični bromonijum jon.
U posljednjoj, trećoj fazi, brom anion, kao nukleofilni agens, napada jedan od atoma ugljika bromonijevog jona. Nukleofilni napad bromidnog jona dovodi do otvaranja tročlanog prstena i stvaranja vicinalnog dibromida ( vic-blizu). Ovaj korak se formalno može smatrati nukleofilnom supstitucijom SN 2 na atomu ugljika, gdje je odlazeća grupa Br+.
Dodavanje halogena dvostrukoj vezi alkena jedna je od formalno jednostavnih modelskih reakcija, na čijem se primjeru može razmotriti utjecaj glavnih faktora, što omogućava da se izvuku argumentirani zaključci o detaljnom mehanizmu procesa. Da biste donijeli utemeljene zaključke o mehanizmu bilo koje reakcije, trebate imati podatke o: 1) kinetika reakcije; 2) stereohemija (stereohemijski rezultat reakcije); 3) prisustvo ili odsustvo povezanog, konkurentnog procesa; 4) uticaj supstituenata u originalnom supstratu na brzinu reakcije; 5) korišćenje obeleženih supstrata i (ili) reagenasa; 6) mogućnost prestrojavanja u toku reakcije; 7) uticaj rastvarača na brzinu reakcije.
Razmotrimo ove faktore na primjeru halogeniranja alkena. Kinetički podaci omogućavaju da se utvrdi redoslijed reakcije za svaku komponentu i da se na osnovu toga izvede zaključak o ukupnoj molekularnosti reakcije, odnosno broju reagujućih molekula.
Za bromiranje alkena, brzina reakcije se obično opisuje sljedećom jednadžbom:
v = k`[alken] + k``[alken] 2,
što se u rijetkim slučajevima pojednostavljuje
v = k`[alken].
Na osnovu kinetičkih podataka može se zaključiti da su jedan ili dva molekula broma uključeni u korak koji određuje brzinu. Drugi red u bromu znači da s bromonijevim jonom ne reagira bromidni ion Br, već tribromidni ion nastao interakcijom broma i bromidnog jona:
Ova ravnoteža je pomjerena udesno. Kinetički podaci ne dopuštaju nam da izvučemo druge zaključke o strukturi prijelaznog stanja i prirodi elektrofilnih vrsta u reakciji dodavanja halogena na dvostruku vezu. Najvrednije informacije o mehanizmu ove reakcije daju podaci o stereohemiji adicije. Dodavanje halogena dvostrukoj vezi je stereospecifičan proces (proces u kojem se formira samo jedan od mogućih stereoizomera; u stereoselektivnom procesu, uočava se preferencijalno formiranje jednog stereomera) anti-adicije za alkene i cikloalkene kod kojih dvostruka veza nije konjugirana sa benzenskim prstenom. Za cis- I trans-izomeri butena-2, pentena-2, heksena-3, cikloheksena, ciklopentena i drugih alkena, adicija broma se javlja isključivo kao anti- pristupanje. U ovom slučaju, samo u slučaju cikloheksena trans-1,2-dibromocikloheksan (mješavina enantiomera).
Trans raspored atoma broma u 1,2-dibromocikloheksanu može se prikazati na pojednostavljen način u odnosu na srednju ravninu cikloheksanskog prstena (bez uzimanja u obzir konformacije):
Kada se brom spoji sa cikloheksenom, on se u početku formira trans-1,2-dibromocikloheksan in aa-konformacija, koja se potom odmah transformiše u energetski povoljniju ona-konformacija. Anti-dodatak halogena dvostrukoj vezi omogućava nam da odbacimo mehanizam sinhronog dodavanja jednog molekula halogena u dvostruku vezu u jednom koraku, što se može dogoditi samo kao sin- pristupanje. Anti-dodatak halogena takođe nije u skladu sa formiranjem otvorenog karbokationa RCH + -CH 2 Hal kao intermedijera. U otvorenom karbokationu moguća je slobodna rotacija oko C-C veze, što bi trebalo dovesti do napada Br aniona - do formiranja mješavine proizvoda kao anti- i tako sin- pristupanja. Stereospecifičan anti-dodatak halogena bio je glavni razlog za koncept bromonijum ili hloronijum jona kao diskretne intermedijarne vrste. Ovaj koncept savršeno zadovoljava pravilo anti-dodatak, jer je moguć nukleofilni napad halogenidnog jona anti-strane na bilo kojoj od dva atoma ugljika halogenog jona preko S N 2 mehanizma.
U slučaju nesimetrično supstituiranih alkena, to bi trebalo rezultirati dva enantiomera trio-formiraju se nakon dodavanja broma u cis-izomer ili enantiomer erythro-nastaje nakon halogeniranja trans-izomer. Ovo se zapravo opaža kada se brom dodaje npr. cis- I trans-izomeri pentena-2.
U slučaju bromiranja simetričnih alkena, npr. cis- ili trans-heksen-3 treba da se formira ili racemat ( D,L-forma), ili meso-forma konačnog dibromida, što se i uočava.
Postoje nezavisni, direktni dokazi o postojanju jona halogena u nenukleofilnom, indiferentnom okruženju na niskoj temperaturi. Pomoću NMR spektroskopije zabilježeno je stvaranje bromonijevih jona tokom jonizacije 3-bromo-2-metil-2-fluorobutana pod djelovanjem vrlo jake Lewisove kiseline antimon pentafluorida u otopini tekućeg sumpor-dioksida na -80 0 C. .
Ovaj kation je prilično stabilan na -80 0 C u nenukleofilnom okruženju, ali se trenutno uništava djelovanjem bilo kojeg nukleofilnog sredstva ili zagrijavanjem.
Ciklični ioni bromonija ponekad se mogu izolirati u čistom obliku ako sterične prepreke sprječavaju njihovo otvaranje pod djelovanjem nukleofila:
Jasno je da mogućnost postojanja bromonijevih jona, koji su prilično stabilni u posebnim uvjetima, ne može poslužiti kao direktan dokaz njihovog nastanka u reakciji dodavanja broma na dvostruku vezu alkena u alkoholu, octenoj kiselini i drugim elektronima. -doniranje rastvarača. Takve podatke treba posmatrati samo kao nezavisnu potvrdu fundamentalne mogućnosti stvaranja halogenih jona u procesu elektrofilnog dodavanja na dvostrukoj vezi.
Koncept halogenog jona omogućava nam da pružimo racionalno objašnjenje za reverzibilnost dodavanja joda dvostrukoj vezi. Halogeni kation ima tri elektrofilna centra dostupna za nukleofilni napad halogenim anjonom: dva atoma ugljika i atom halogena. U slučaju jona hloronijuma, čini se da Cl-anion prvenstveno ili čak isključivo napada ugljikove centre kationa. Za bromonijev kation, oba smjera otvaranja jona halogena su podjednako vjerojatna, kako zbog napada bromidnog jona na oba atoma ugljika i na atom broma. Nukleofilni napad na atom broma bromonijevog jona dovodi do početnih reagensa broma i alkena:
Jodonijum jon se uglavnom otkriva kao rezultat napada jodnog jona na atom joda, pa se ravnoteža između početnih reagensa i jodonijum jona pomera ulevo.
Osim toga, finalni proizvod adicije, vicinalni dijodid, može biti podvrgnut nukleofilnom napadu na atom joda od strane trijodidnog anjona prisutnog u otopini, što također dovodi do stvaranja početnih reagensa alkena i joda. Drugim riječima, pod uslovima reakcije adicije, nastali vicinalni dijodid se dejodira pod dejstvom trijodidnog anjona. Vicinalni dihloridi i dibromidi se ne dehalogeniraju pod uslovima dodavanja hlora, odnosno broma, alkenima.
Antiadicija hlora ili broma je karakteristična za alkene, kod kojih dvostruka veza nije konjugirana sa -elektronima benzenskog prstena. Za stiren, stilben i njihove derivate zajedno sa anti- pristupanje se odvija i sin-dodatak halogena, koji čak može postati dominantan u polarnom okruženju.
U slučajevima kada se dodavanje halogena na dvostruku vezu vrši u okruženju nukleofilnog rastvarača, otapalo se efektivno nadmeće sa halogenim jonom u otvaranju tročlanog prstena halogenijum jona:
Formiranje adicijskih produkata uz sudjelovanje otapala ili nekog drugog "vanjskog" nukleofilnog agensa naziva se reakcija konjugirane adicije. Kada brom i stiren reagiraju u metanolu, nastaju dva produkta: vicinalni dibromid i brom ester, čiji odnos ovisi o koncentraciji broma u metanolu.
U visoko razrijeđenoj otopini dominira adicijski produkt konjugata, dok u koncentriranoj otopini, naprotiv, prevladava vicinalni dibromid. U vodenoj otopini uvijek prevladava halohidrin (alkohol koji sadrži halogen na atomu ugljika) - proizvod adicije konjugata.
njen-konformer trans-2-hlorocikloheksanol se dalje stabilizuje OH vodičnom vezom . . . Cl. U slučaju nesimetričnih alkena, u reakcijama konjugirane adicije, halogen se uvijek dodaje atomu ugljika koji sadrži najveći broj atoma vodika, a nukleofilni agens ugljiku s najmanjim brojem atoma vodika. Ne formira se izomerni proizvod sa drugačijim rasporedom spajanja grupa. To znači da ciklički halogenonijev ion koji nastaje kao intermedijer mora imati asimetričnu strukturu s dvije veze C 1 -Hal i C 2 -Hal koje se razlikuju po energiji i snazi i velikim pozitivnim nabojem na unutrašnjem atomu ugljika C 2, koji se može grafički izraženo na dva načina:
Stoga je C2 atom ugljika halogenovog jona podložan nukleofilnom napadu otapala, uprkos činjenici da je više supstituisan i sterički manje pristupačan.
Jedna od najboljih preparativnih metoda za sintezu bromohidrina je hidroksibrominacija alkena upotrebom N-bromosukcinimida ( N.B.S.) u binarnoj mješavini dimetil sulfoksida ( DMSO) i vodu.
Ova reakcija se može izvesti u vodi ili bez nje DMSO, međutim, prinosi bromohidrina u ovom slučaju su nešto niži.
Formiranje konjugiranih adicijskih produkata u reakciji halogeniranja alkena nam također omogućava da odbacimo sinhroni mehanizam adicije jednog molekula halogena. Konjugirani dodatak dvostrukoj vezi je u dobroj saglasnosti sa dvostepenim mehanizmom koji uključuje halogenijum kation kao intermedijer.
Za reakciju elektrofilnog dodavanja na dvostruku vezu treba očekivati povećanje brzine reakcije u prisustvu alkil supstituenata koji doniraju elektrone i smanjenje prisutnosti supstituenata koji povlače elektrone na dvostrukoj vezi. Zaista, brzina dodavanja hlora i broma na dvostruku vezu naglo raste kada se pređe sa etilena na njegove derivate supstituisane metilom. Na primjer, brzina dodavanja broma u tetrametiletilen je 10 5 puta veća od brzine dodavanja broma u 1-buten. Ovo ogromno ubrzanje jasno ukazuje na visok polaritet prelaznog stanja i visok stepen razdvajanja naelektrisanja u prelaznom stanju i u skladu je sa elektrofilnim mehanizmom adicije.
U nekim slučajevima, dodavanje hlora alkenima koji sadrže supstituente koji doniraju elektrone je praćeno apstrakcijom protona iz intermedijarnog spoja umjesto dodatkom jona klorida. Apstrakcija protona rezultira formiranjem hlorom supstituisanog alkena, koji se formalno može smatrati direktnom supstitucijom sa migracijom dvostruke veze. Međutim, eksperimenti s izotopskim tragačima ukazuju na složeniju prirodu transformacija koje se ovdje dešavaju. Kada se izobutilen hloriše na 0 0 C, umesto očekivanog dihlorida nastaje 2-metil-3-hloropropen (metalil hlorid), produkt adicije na dvostrukoj vezi.
Formalno, izgleda kao da postoji zamjena, a ne pristupanje. Proučavanje ove reakcije korišćenjem izobutilena obeleženog na poziciji 1 sa izotopom 14 C pokazalo je da ne dolazi do direktne zamene vodonika hlorom, jer se u nastalom metalil hloridu oznaka nalazi u grupi 14 CH 2 Cl. Ovaj rezultat se može objasniti sljedećim slijedom transformacija:
U nekim slučajevima može doći i do 1,2-migracije alkil grupe
U CCl 4 (nepolarnom rastvaraču) ova reakcija daje skoro 100% diklorid B- proizvod običnog sabiranja na dvostrukoj vezi (bez preuređivanja).
Skeletna preuređivanja ovog tipa su najtipičnija za procese koji uključuju otvorene karbokatione kao međučestice. Moguće je da se dodavanje hlora u ovim slučajevima ne dešava preko jona hloronijuma, već kroz kationsku česticu blizu otvorenog karbokationa. Istovremeno, treba napomenuti da su skeletna preuređivanja prilično rijetka pojava u procesima dodavanja halogena i miješanih halogena na dvostruku vezu: češće se uočavaju pri dodavanju hlora, a znatno rjeđe pri dodavanju klora. brom. Vjerovatnoća takvih preuređivanja se povećava kada se pređe sa nepolarnih rastvarača (CCl 4) na polarna (nitrometan, acetonitril).
Sumirajući prikazane podatke o stereohemiji, adiciji konjugata, uticaju supstituenata u alkenu, kao i preuređenjima u reakcijama adicije halogena na dvostrukoj vezi, treba napomenuti da se oni dobro slažu sa mehanizmom elektrofilne adicije koji uključuje ciklički halogenijum jon. Na isti način mogu se tumačiti i podaci o dodavanju miješanih halogena alkenima, za koje su faze adicije određene polarnošću veze dva atoma halogena.
Hipermarket znanja >>Hemija >>Hemija 10. razred >> Hemija: alkeni
Nezasićeni uključuju ugljikovodike koji sadrže višestruke veze između atoma ugljika u svojim molekulima. Nezasićeni su alkeni, alkini, alkadieni (polieni). Ciklični ugljovodonici koji sadrže dvostruku vezu u prstenu (cikloalkeni), kao i cikloalkani sa malim brojem ugljikovih atoma u prstenu (tri ili četiri atoma) također imaju nezasićeni karakter. Svojstvo "nezasićenosti" povezano je sa sposobnošću ovih supstanci da uđu u reakcije adicije, prvenstveno vodika, sa stvaranjem zasićenih ili zasićenih ugljovodonika - alkana.
Struktura
Alkeni su aciklični, sadrže u molekuli, pored jednostrukih veza, jednu dvostruku vezu između atoma ugljika i odgovaraju općoj formuli C n H 2n.
Alkeni su dobili svoje drugo ime - "olefini" po analogiji sa nezasićenim masnim kiselinama (oleinska, linolna), čiji su ostaci dio tekućih masti - ulja (od engleskog ulja - ulje).
Atomi ugljika koji imaju dvostruku vezu između sebe, kao što znate, su u stanju sp 2 hibridizacije. To znači da su jedna s i dvije p orbitale uključene u hibridizaciju, a jedna p orbitala ostaje nehibridizirana. Preklapanje hibridnih orbitala dovodi do stvaranja a-veze, a zbog nehibridiziranih -orbitala susjednih atoma ugljika molekule etilena nastaje druga, P-veza. Dakle, dvostruka veza se sastoji od jedne Þ-veze i jedne p-veze.
Hibridne orbitale atoma koji formiraju dvostruku vezu nalaze se u istoj ravni, a orbitale koje formiraju n-vezu nalaze se okomito na ravan molekula (vidi sliku 5).
Dvostruka veza (0,132 nm) je kraća od jednostruke veze, a njena energija je veća, odnosno jača. Ipak, prisustvo mobilne, lako polarizujuće 7g-veze dovodi do činjenice da su alkeni hemijski aktivniji od alkana i da su sposobni da se podvrgnu reakcijama adicije.
Homologni niz etena
Alkeni pravog lanca formiraju homologni niz etena (etilena).
C2H4 - eten, C3H6 - propen, C4H8 - buten, C5H10 - penten, C6H12 - heksen, itd.
Izomerizam i nomenklatura
Alkene, kao i alkane, karakterizira strukturna izomerija. Strukturni izomeri, kao što se sjećate, razlikuju se jedni od drugih po strukturi ugljičnog skeleta. Najjednostavniji alken koji karakteriziraju strukturni izomeri je buten.
CH3-CH2-CH=CH2 CH3-C=CH2
l
CH3
buten-1 metilpropen
Posebna vrsta strukturne izomerije je izomerija položaja dvostruke veze:
CH3-CH2-CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3
buten-1 buten-2
Gotovo slobodna rotacija atoma ugljika moguća je oko jedne veze ugljik-ugljik, tako da molekule alkana mogu poprimiti različite oblike. Rotacija oko dvostruke veze je nemoguća, što dovodi do pojave druge vrste izomerizma u alkenima – geometrijske ili cis-trans izomerizam.
Cis izomeri se razlikuju od izomera toraksa po prostornom rasporedu molekularnih fragmenata (u ovom slučaju, metilnih grupa) u odnosu na ravan P-veze, a time i svojstva.
Alkeni su izomerni prema cikloalkanima (međuklasni izomerizam), na primjer:
CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH3
heksen-1 cikloheksan
Nomenklatura alkeni, koji je razvio IUPAC, sličan je nomenklaturi alkana.
1. Izbor glavnog kola
Formiranje imena ugljikovodika počinje definicijom glavnog lanca - najdužeg lanca atoma ugljika u molekuli. U slučaju alkena, glavni lanac mora sadržavati dvostruku vezu.
2. Numeracija atoma glavnog lanca
Numerisanje atoma glavnog lanca počinje od kraja kojem je dvostruka veza najbliža. Na primjer, ispravan naziv veze je
dn3-dn-dn2-dn=dn-dn3 dn3
5-metilheksen-2, a ne 2-metilheksen-4, kako bi se moglo očekivati.
Ako položaj dvostruke veze ne može odrediti početak numeracije atoma u lancu, tada je određen položajem supstituenata na isti način kao i za zasićene ugljikovodike.
CH3- CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metilheksen-3
3. Formiranje imena
Imena alkena nastaju na isti način kao i imena alkana. Na kraju naziva označiti broj atoma ugljika na kojem počinje dvostruka veza i sufiks koji označava da spoj pripada klasi alkena, -ena.
Potvrda
1. Krekiranje naftnih derivata. U procesu termičkog krekiranja zasićenih ugljovodonika, uz nastanak alkana, dolazi do stvaranja alkena.
2. Dehidrogenacija zasićenih ugljovodonika. Kada se alkani prođu preko katalizatora na visokim temperaturama (400-600 °C), molekula vodika se eliminira i formira se alken: 
3. Dehidracija alkohola (eliminacija vode). Učinak sredstava za uklanjanje vode (H2804, Al203) na monohidrične alkohole na visokim temperaturama dovodi do eliminacije molekule vode i stvaranja dvostruke veze:
Ova reakcija se naziva intramolekularna dehidracija (za razliku od intermolekularne dehidracije, koja dovodi do stvaranja etera i biće proučavana u § 16 “Alkoholi”).
4. Dehidrohalogenacija (eliminacija halogenovodonika).
Kada haloalkan reaguje sa alkalijom u rastvoru alkohola, nastaje dvostruka veza kao rezultat eliminacije molekula halogen vodika.
Imajte na umu da ova reakcija proizvodi pretežno buten-2, a ne buten-1, što odgovara Zajcevovo pravilo:
Kada se halogenvodik eliminira iz sekundarnih i tercijalnih haloalkana, atom vodika se eliminira iz najmanje hidrogeniranog atoma ugljika.
5. Dehalogenacija. Kada cink djeluje na dibromo derivat alkana, eliminiraju se atomi halogena koji se nalaze na susjednim atomima ugljika i formira se dvostruka veza: 
Fizička svojstva
Prva tri predstavnika homolognog niza alkena su gasovi, supstance sastava C5H10-C16H32 su tečnosti, a viši alkeni su čvrste materije.
Tačke ključanja i topljenja se prirodno povećavaju s povećanjem molekularne težine jedinjenja.
Hemijska svojstva
Reakcije sabiranja
Podsjetimo da je karakteristična karakteristika predstavnika nezasićenih ugljikovodika - alkena sposobnost ulaska u reakcije adicije. Većina ovih reakcija odvija se mehanizmom elektrofilne adicije.
1. Hidrogenacija alkena. Alkeni su sposobni da dodaju vodonik u prisustvu katalizatora hidrogenacije - metala - platine, paladija, nikla:
CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3
Ova reakcija se odvija i pri atmosferskom i pri povišenom pritisku i ne zahteva visoku temperaturu, jer je egzotermna. Kada se temperatura poveća, isti katalizatori mogu izazvati obrnutu reakciju - dehidrogenaciju.
2. Halogenacija (dodatak halogena). Interakcija alkena s bromnom vodom ili otopinom broma u organskom otapalu (CCl4) dovodi do brzog mijenjanja boje ovih otopina kao rezultat dodavanja molekula halogena alkenu i stvaranja dihaloalkana.
Markovnikov Vladimir Vasiljevič
(1837-1904)
Ruski organski hemičar. Formulirana (1869.) pravila o smjeru supstitucije, eliminacije, dodavanja kod dvostruke veze i reakcija izomerizacije ovisno o kemijskoj strukturi. Proučavao je (od 1880) sastav nafte i postavio temelje petrohemije kao samostalne nauke. Otkrio (1883) novu klasu organskih supstanci - cikloparafine (naftene).
3. Hidrohalogenizacija (dodatak halogenovodonika).
Reakcija dodavanja halogen vodika bit će detaljnije razmotrena u nastavku. Ova reakcija je podređena Markovnikovom pravilu:
Kada se halogenvodik veže na alken, vodik se veže na hidrogeniraniji atom ugljika, odnosno na atom na kojem ima više atoma vodika, a halogen na manje hidrogenirani.
4. Hidratacija (dodavanje vode). Hidratacija alkena dovodi do stvaranja alkohola. Na primjer, dodavanje vode etenu je u osnovi jedne od industrijskih metoda za proizvodnju etil alkohola:
CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
eten etanol
Imajte na umu da se primarni alkohol (sa hidroksi grupom na primarnom ugljiku) formira samo kada je eten hidratiziran. Kada se propen ili drugi alkeni hidriraju, nastaju sekundarni alkoholi. 
Ova reakcija se također odvija u skladu s Markovnikovovim pravilom - vodikov kation se vezuje za više hidrogenizirani atom ugljika, a hidroksi grupa se vezuje za manje hidrogenirani.
5. Polimerizacija. Poseban slučaj adicije je reakcija polimerizacije alkena:
Ova reakcija adicije odvija se putem mehanizma slobodnih radikala.
Reakcije oksidacije
Kao i svaka organska jedinjenja, alkeni sagorevaju u kiseoniku dajući CO2 i H20.
Za razliku od alkana koji su otporni na oksidaciju u otopinama, alkeni se lako oksidiraju djelovanjem vodenih otopina kalijevog permanganata. U neutralnim ili slabo alkalnim otopinama dolazi do oksidacije alkena u diole (dihidrične alkohole), a hidroksilne grupe se dodaju onim atomima između kojih je prije oksidacije postojala dvostruka veza.
Kao što već znate, nezasićeni ugljikovodici - alkeni su sposobni ući u reakcije adicije. Većina ovih reakcija odvija se mehanizmom elektrofilne adicije.
Elektrofilna veza
Elektrofilne reakcije su reakcije koje nastaju pod utjecajem elektrofila - čestica koje nemaju elektronsku gustoću, na primjer, neispunjenu orbitu. Najjednostavnija elektrofilna čestica je vodikov kation. Poznato je da atom vodika ima jedan elektron na 3. orbitali. Vodikov kation nastaje kada atom izgubi ovaj elektron, tako da vodikov kation uopće nema elektrone:
N· - 1e - -> N +
U ovom slučaju, kation ima prilično visok afinitet prema elektronu. Kombinacija ovih faktora čini katjon vodika prilično jakom elektrofilnom česticom.
Formiranje vodikovog kationa moguće je tokom elektrolitičke disocijacije kiselina:
NVr -> N + + Vr -
Iz tog razloga se mnoge elektrofilne reakcije javljaju u prisustvu i učešću kiselina.
Elektrofilne čestice, kao što je ranije spomenuto, djeluju na sisteme koji sadrže područja povećane elektronske gustine. Primjer takvog sistema je višestruka (dvostruka ili trostruka) veza ugljik-ugljik.
Već znate da su atomi ugljika između kojih se formira dvostruka veza u stanju sp 2 hibridizacije. Nehibridizirane p-orbitale susjednih atoma ugljika smještenih u istoj ravni se preklapaju, formirajući P-veza, koja je manje jaka od Þ-veze i, što je najvažnije, lako se polarizira pod utjecajem vanjskog električnog polja. To znači da se pri približavanju pozitivno nabijene čestice elektroni CS veze pomiču prema njoj i dolazi do tzv. P- kompleks.
Ispostavilo se P-kompleks i nakon dodavanja vodikovog katjona u P- veze. Čini se da katjon vodika udara u elektronsku gustinu koja strši iz ravni molekula P-veza i pridružuje joj se. 
U sledećoj fazi dolazi do potpunog pomeranja elektronskog para P-vezu za jedan od atoma ugljika, što dovodi do pojave usamljenog para elektrona na njemu. Orbitala atoma ugljika na kojoj se nalazi ovaj par i nezauzeta orbitala vodikovog kationa se preklapaju, što dovodi do stvaranja kovalentne veze kroz mehanizam donor-akceptor. Drugi atom ugljika još uvijek ima nepopunjenu orbitalu, odnosno pozitivan naboj.
Rezultirajuća čestica naziva se karbokation jer sadrži pozitivan naboj na atomu ugljika. Ova čestica se može kombinovati sa bilo kojim anjonom, česticom koja ima usamljeni elektronski par, tj. nukleofilom.
Razmotrimo mehanizam reakcije elektrofilne adicije na primjeru hidrobromiranja (adicije bromovodonika) etena:
SN2= SN2 + NVg --> SNVr-SN3
Reakcija počinje stvaranjem elektrofilne čestice - vodikovog kationa, koji nastaje kao rezultat disocijacije molekule bromovodika.
Napadi vodikovih katjona P- povezivanje, formiranje P- kompleks koji se brzo pretvara u karbokation: 
Pogledajmo sada složeniji slučaj.
Reakcija dodavanja bromovodonika u eten teče nedvosmisleno, a interakcija bromovodonika sa propenom teoretski može dati dva proizvoda: 1-bromopropan i 2-bromopropan. Eksperimentalni podaci pokazuju da se uglavnom proizvodi 2-bromopropan.
Da bismo ovo objasnili, moraćemo da razmotrimo međučesticu - karbokation.
Dodavanje vodikovog kationa propenu može dovesti do stvaranja dva karbokationa: ako se vodikov kation pridruži prvom atomu ugljika, atomu koji se nalazi na kraju lanca, onda će drugi imati pozitivan naboj, tj. centar molekula (1); ako se pridruži drugom, tada će prvi atom imati pozitivan naboj (2). 
Preferencijalni smjer reakcije ovisit će o tome koji karbokation ima više u reakcionom mediju, što je, zauzvrat, određeno stabilnošću karbokationa. Eksperiment pokazuje dominantno stvaranje 2-bromopropana. To znači da se formiranje karbokatationa (1) s pozitivnim nabojem na centralnom atomu događa u većoj mjeri.
Veća stabilnost ovog karbokationa objašnjava se činjenicom da je pozitivan naboj na centralnom atomu ugljika kompenziran pozitivnim induktivnim efektom dvije metilne grupe čiji je ukupni učinak veći od +/- efekta jedne etilne grupe:
Zakone reakcija hidrohalogenacije alkena proučavao je poznati ruski hemičar V. V. Markovnikov, učenik A. M. Butlerova, koji je, kao što je već spomenuto, formulisao pravilo koje nosi njegovo ime.
Ovo pravilo je utvrđeno empirijski, odnosno eksperimentalno. Za sada možemo dati potpuno uvjerljivo objašnjenje za to.
Zanimljivo je da se i druge reakcije elektrofilne adicije pridržavaju Markovnikovog pravila, pa bi bilo ispravno formulirati ga u općenitijem obliku.
U reakcijama elektrofilne adicije, elektrofil (čestica s neispunjenom orbitalom) dodaje se više hidrogeniziranom atomu ugljika, a nukleofil (čestica sa usamljenim parom elektrona) dodaje manje hidrogeniranom.
Polimerizacija
Poseban slučaj reakcije adicije je reakcija polimerizacije alkena i njihovih derivata. Ova reakcija se odvija mehanizmom adicije slobodnih radikala:
Polimerizacija se provodi u prisustvu inicijatora - peroksidnih spojeva, koji su izvor slobodnih radikala. Peroksidna jedinjenja su supstance čiji molekuli uključuju -O-O- grupu. Najjednostavniji peroksidni spoj je vodikov peroksid HOOH.
Na temperaturi od 100 °C i pritisku od 100 MPa dolazi do homolize nestabilne veze kiseonik-kiseonik i stvaranja radikala - inicijatora polimerizacije. Pod uticajem KO-radikala pokreće se polimerizacija koja se razvija kao reakcija adicije slobodnih radikala. Rast lanca prestaje kada dođe do rekombinacije radikala u reakcijskoj smjesi - polimernog lanca i radikala ili COCH2CH2-.
Reakcijom polimerizacije slobodnih radikala tvari koje sadrže dvostruku vezu, dobiva se veliki broj spojeva visoke molekularne težine: 
Upotreba alkena sa različitim supstituentima omogućava sintezu širokog spektra polimernih materijala sa širokim spektrom svojstava. 
Sva ova polimerna jedinjenja imaju široku primenu u raznim oblastima ljudske delatnosti - industriji, medicini, koriste se za proizvodnju opreme za biohemijske laboratorije, neka su međuprodukti za sintezu drugih visokomolekularnih jedinjenja.
Oksidacija
Već znate da u neutralnim ili slabo alkalnim otopinama dolazi do oksidacije alkena u diole (dihidrične alkohole). U kiseloj sredini (otopina zakiseljena sumpornom kiselinom) dvostruka veza je potpuno uništena i atomi ugljika između kojih je postojala dvostruka veza pretvaraju se u atome ugljika karboksilne grupe: 
Destruktivna oksidacija alkena može se koristiti za određivanje njihove strukture. Tako, na primjer, ako se octena i propionska kiselina dobiju tijekom oksidacije određenog alkena, to znači da je penten-2 prošao oksidaciju, a ako se dobiju maslačna kiselina i ugljični dioksid, tada je izvorni ugljikovodik penten-1 .
Aplikacija
Alkeni se široko koriste u hemijskoj industriji kao sirovine za proizvodnju raznih organskih supstanci i materijala.
Na primjer, eten je polazni materijal za proizvodnju etanola, etilen glikola, epoksida i dikloroetana.
Velika količina etena se prerađuje u polietilen, koji se koristi za izradu ambalaže, posuđa, cijevi i električnih izolacijskih materijala.
Iz propena se dobijaju glicerin, aceton, izopropanol i rastvarači. Polimerizacijom propena dobija se polipropilen, koji je po mnogo čemu bolji od polietilena: ima višu tačku topljenja i hemijsku otpornost.
Trenutno se vlakna s jedinstvenim svojstvima proizvode od polimera - analoga polietilena. Na primjer, polipropilensko vlakno je jače od svih poznatih sintetičkih vlakana.
Materijali napravljeni od ovih vlakana obećavaju i sve se više koriste u različitim područjima ljudske aktivnosti.
1. Koje vrste izomerizma su karakteristične za alkene? Napišite formule za moguće izomere pentena-1.
2. Od kojih jedinjenja se mogu dobiti: a) izobuten (2-metilpropen); b) buten-2; c) buten-1? Napišite jednadžbe za odgovarajuće reakcije.
3. Dešifrirajte sljedeći lanac transformacija. Imenujte jedinjenja A, B, C. 4. Predložite metodu za dobijanje 2-hloropropana iz 1-hloropropana. Napišite jednadžbe za odgovarajuće reakcije.
5. Predložite metodu za prečišćavanje etana od nečistoća etilena. Napišite jednadžbe za odgovarajuće reakcije.
6. Navedite primjere reakcija koje se mogu koristiti za razlikovanje zasićenih i nezasićenih ugljikovodika.
7. Za potpunu hidrogenaciju 2,8 g alkena utrošeno je 0,896 litara vodonika (n.e.). Koja je molekulska težina i strukturna formula ovog spoja, koji ima normalan lanac atoma ugljika?
8. Koji gas se nalazi u cilindru (eten ili propen), ako se zna da je za potpuno sagorevanje 20 cm3 ovog gasa potrebno 90 cm3 (n.s.) kiseonika?
9*. Kada alken reaguje sa hlorom u mraku, nastaje 25,4 g dihlorida, a kada ovaj alken iste mase reaguje sa bromom u tetrahloridu nastaje 43,2 g dibromida. Odrediti sve moguće strukturne formule početnog alkena.
Istorija otkrića
Iz gornjeg materijala već smo shvatili da je etilen predak homolognog niza nezasićenih ugljikovodika, koji ima jednu dvostruku vezu. Njihova formula je C n H 2n i nazivaju se alkeni.
Godine 1669. njemački liječnik i hemičar Becher je prvi dobio etilen reakcijom sumporne kiseline sa etil alkoholom. Becher je otkrio da je etilen hemijski aktivniji od metana. Ali, nažalost, u to vrijeme naučnik nije mogao identificirati nastali plin, pa mu stoga nije dodijelio nikakvo ime.
Nešto kasnije, holandski hemičari su koristili istu metodu za proizvodnju etilena. A budući da je, u interakciji s hlorom, imao tendenciju da formira uljnu tečnost, prema tome je dobio naziv "uljni gas". Kasnije se saznalo da je ta tečnost dihloretan.
Na francuskom, izraz "ulje" je oléfiant. A nakon što su otkriveni drugi ugljovodonici ove vrste, Antoine Fourcroix, francuski hemičar i naučnik, uveo je novi termin koji je postao uobičajen za čitavu klasu olefina ili alkena.
Ali već početkom devetnaestog veka, francuski hemičar J. Gay-Lussac otkrio je da se etanol ne sastoji samo od „naftnog“ gasa, već i od vode. Osim toga, isti plin je otkriven u etil hloridu.
I iako su kemičari utvrdili da se etilen sastoji od vodika i ugljika i već su znali sastav supstanci, dugo nisu mogli pronaći njegovu pravu formulu. I tek 1862. godine E. Erlenmeyer je uspio dokazati prisustvo dvostruke veze u molekulu etilena. To je prepoznao i ruski naučnik A.M. Butlerov i eksperimentalno potvrdio ispravnost ovog gledišta.
Pojava u prirodi i fiziološka uloga alkena
Mnoge ljude zanima pitanje gdje se alkeni mogu naći u prirodi. Dakle, ispada da se praktički ne pojavljuju u prirodi, jer je njegov najjednostavniji predstavnik, etilen, hormon za biljke i sintetizira se u njima samo u malim količinama.
Istina je da u prirodi postoji takav alken kao što je muskalur. Ovaj jedan od prirodnih alkena je seksualni atraktant ženki kućne muhe.
Vrijedno je obratiti pažnju na činjenicu da, s visokom koncentracijom, niži alkeni imaju narkotički učinak koji može uzrokovati konvulzije i iritaciju sluznice.
Primjena alkena
Teško je zamisliti život modernog društva danas bez upotrebe polimernih materijala. Pošto, za razliku od prirodnih materijala, polimeri imaju drugačija svojstva, lako se obrađuju, a ako se pogleda cijena, relativno su jeftini. Još jedan važan aspekt u korist polimera je da se mnogi od njih mogu reciklirati.
Alkeni su našli svoju upotrebu u proizvodnji plastike, gume, filmova, teflona, etil alkohola, acetaldehida i drugih organskih spojeva.
U poljoprivredi se koristi kao sredstvo koje ubrzava proces sazrijevanja plodova. Propilen i butileni se koriste za proizvodnju raznih polimera i alkohola. Ali u proizvodnji sintetičke gume koristi se izobutilen. Stoga možemo zaključiti da je nemoguće bez alkena, jer su oni najvažnije hemijske sirovine.
Industrijska upotreba etilena
U industrijskim razmjerima, propilen se obično koristi za sintezu polipropilena i za proizvodnju izopropanola, glicerola, butiraldehida itd. Svake godine potražnja za propilenom raste.
Alkeni su nezasićeni alifatski ugljikovodici s jednom ili više dvostrukih veza ugljik-ugljik. Dvostruka veza pretvara dva atoma ugljika u ravnu strukturu sa uglovima veze između susjednih veza od 120°C:
Homologni niz alkena ima opštu formulu; prva dva člana su eten (etilen) i propen (propilen):
Članovi određenog broja alkena sa četiri ili više atoma ugljika pokazuju izomerizam položaja veze. Na primjer, alken s formulom ima tri izomera, od kojih su dva izomera položaja veze:
Imajte na umu da je alkenski lanac numerisan od kraja najbližeg dvostrukoj vezi. Položaj dvostruke veze označen je nižim od dva broja, koji odgovaraju dva atoma ugljika povezana dvostrukom vezom. Treći izomer ima razgranatu strukturu:
Broj izomera bilo kojeg alkena raste s brojem atoma ugljika. Na primjer, heksen ima tri izomera položaja veze:
Dien je buta-1,3-dien, ili jednostavno butadien:
Spojevi koji sadrže tri dvostruke veze nazivaju se trieni. Spojevi s višestrukim dvostrukim vezama zajednički se nazivaju polieni.
Fizička svojstva
Alkeni imaju nešto niže tačke topljenja i ključanja od odgovarajućih alkana. Na primjer, pentan ima tačku ključanja. Etilen, propen i tri izomera butena su gasoviti na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku. Alkeni sa brojem atoma ugljenika od 5 do 15 su u tečnom stanju u normalnim uslovima. Njihova hlapljivost, poput alkana, raste u prisustvu grananja u lancu ugljika. Alkeni sa više od 15 atoma ugljenika su čvrste materije u normalnim uslovima.
Dobijeno u laboratorijskim uslovima
Dvije glavne metode za proizvodnju alkena u laboratoriju su dehidracija alkohola i dehidrohalogenacija haloalkana. Na primjer, etilen se može dobiti dehidratacijom etanola pod djelovanjem viška koncentrirane sumporne kiseline na temperaturi od 170 °C (vidi odjeljak 19.2):
Etilen se također može proizvesti iz etanola propuštanjem etanolne pare preko površine zagrijane glinice. U tu svrhu možete koristiti instalaciju shematski prikazanu na Sl. 18.3.
Druga uobičajena metoda za pripremu alkena temelji se na dehidrohalogenizaciji halogeniranih alkana u osnovnim uvjetima katalize
Mehanizam ove vrste reakcije eliminacije opisan je u odjeljku. 17.3.
Alkenske reakcije
Alkeni su mnogo reaktivniji od alkana. To je zbog sposobnosti -elektrona dvostruke veze da privlače elektrofile (vidi odjeljak 17.3). Stoga su karakteristične reakcije alkena uglavnom reakcije elektrofilne adicije na dvostrukoj vezi:
Mnoge od ovih reakcija imaju jonske mehanizme (vidjeti dio 17.3).
Hidrogenacija
Ako se bilo koji alken, na primjer etilen, pomiješa s vodikom i prepusti ovom smjesom površinu platinastog katalizatora na sobnoj temperaturi ili nikalnog katalizatora na temperaturi od oko 150 °C, tada će doći do dodavanja
vodonik na dvostrukoj vezi alkena. Ovo proizvodi odgovarajući alkan:
Ova vrsta reakcije je primjer heterogene katalize. Njegov mehanizam je opisan u odjeljku. 9.2 i šematski je prikazano na Sl. 9.20.
Dodatak halogena
Klor ili brom se lako dodaju dvostrukoj vezi alkena; ova reakcija se događa u nepolarnim rastvaračima, kao što su tetraklorometan ili heksan. Reakcija se odvija ionskim mehanizmom, koji uključuje stvaranje karbokationa. Dvostruka veza polarizuje molekul halogena, pretvarajući ga u dipol:
Stoga, otopina broma u heksanu ili tetraklorometanu postaje bezbojna kada se mućka s alkenom. Ista stvar se dešava ako protresete alken sa bromnom vodom. Bromna voda je rastvor broma u vodi. Ova otopina sadrži hipobromnu kiselinu. Molekul hipobromne kiseline veže se na dvostruku vezu alkena, što rezultira stvaranjem bromo-supstituiranog alkohola. Na primjer
Dodatak halogenovodonika
Mehanizam ove vrste reakcije je opisan u odjeljku. 18.3. Kao primjer, razmotrite dodavanje klorovodika propenu:
Imajte na umu da je proizvod ove reakcije 2-kloropropan, a ne 1-kloropropan:
U takvim reakcijama adicije, najelektronegativniji atom ili najelektronegativnija grupa uvijek se dodaje atomu ugljika koji je vezan za
najmanji broj atoma vodika. Ovaj obrazac se naziva Markovnikovo pravilo.
Preferencijalno vezivanje elektronegativnog atoma ili grupe za atom ugljika povezan s najmanjim brojem atoma vodika je posljedica povećanja stabilnosti karbokatjona kako se povećava broj alkil supstituenata na atomu ugljika. Ovo povećanje stabilnosti se zauzvrat objašnjava induktivnim efektom koji se javlja u alkil grupama, budući da su one donori elektrona:
U prisustvu bilo kakvog organskog peroksida, propen reaguje sa bromovodonikom, odnosno ne po Markovnikovom pravilu. Takav proizvod se naziva anti-Markovnikov. Nastaje kao rezultat reakcije koja se odvija radikalnim, a ne ionskim mehanizmom.
Hidratacija
Alkeni reaguju sa hladnom koncentrovanom sumpornom kiselinom i formiraju alkil hidrogen sulfate. Na primjer
Ova reakcija je adicija jer uključuje dodavanje kiseline na dvostruku vezu. To je obrnuta reakcija na dehidraciju etanola da nastane etilen. Mehanizam ove reakcije sličan je mehanizmu dodavanja halogenovodonika na dvostruku vezu. Uključuje formiranje karbokation intermedijera. Ako se proizvod ove reakcije razrijedi vodom i lagano zagrije, hidrolizira da nastane etanol:
Reakcija dodavanja sumporne kiseline u alkene pokorava se Markovnikovljevom pravilu:
Reakcija sa zakiseljenim rastvorom kalijum permanganata
Ljubičasta boja zakiseljenog rastvora kalijum permanganata nestaje ako se ovaj rastvor promućka u mešavini sa bilo kojim alkenom. Dolazi do hidroksilacije alkena (uvođenje hidroksi grupe nastale kao rezultat oksidacije), koja se kao rezultat pretvara u diol. Na primjer, kada se višak etilena promućka sa zakiseljenom otopinom, nastaje etan-1,2-diol (etilen glikol).
Ako se alken mućka s viškom otopine -iona, dolazi do oksidativnog cijepanja alkena, što dovodi do stvaranja aldehida i ketona:
Aldehidi koji nastaju u ovom slučaju podliježu daljoj oksidaciji da bi nastali karboksilne kiseline.
Hidroksilacija alkena kako bi se formirali dioli također se može izvesti pomoću alkalne otopine kalijum permanganata.
Reakcija sa perbenzojevom kiselinom
Alkeni reaguju sa peroksikiselinama (perkiselinama), kao što je perbenzojeva kiselina, da bi formirali ciklične etere (epoksi jedinjenja). Na primjer
Kada se epoksietan lagano zagrije s razrijeđenom otopinom kiseline, nastaje etan-1,2-diol:
Reakcije sa kiseonikom
Kao i svi drugi ugljovodonici, alkeni sagorevaju i, uz dosta vazduha, formiraju ugljen-dioksid i vodu:
Uz ograničen pristup zraku, sagorijevanje alkena dovodi do stvaranja ugljičnog monoksida i vode:
Budući da alkeni imaju veći relativni sadržaj ugljika od odgovarajućih alkana, oni gore sa dimljivijim plamenom. To je zbog stvaranja ugljičnih čestica:
Ako pomiješate bilo koji alken s kisikom i prođete ovom smjesom preko površine srebrnog katalizatora, nastaje epoksietan na temperaturi od oko 200 °C:
Ozonoliza
Kada se ozonski plin propušta kroz otopinu alkena u triklorometanu ili tetraklorometanu na temperaturama ispod 20 °C, formira se ozonid odgovarajućeg alkena (oksiran).
Ozonidi su nestabilna jedinjenja i mogu biti eksplozivna. Oni se podvrgavaju hidrolizi kako bi se formirali aldehidi ili ketoni. Na primjer
U ovom slučaju, dio metanala (formaldehida) reagira s vodikovim peroksidom, stvarajući metan (mravlju) kiselinu:
Polimerizacija
Najjednostavniji alkeni mogu polimerizirati da formiraju spojeve visoke molekularne težine koji imaju istu empirijsku formulu kao i osnovni alken:
Ova reakcija se odvija pri visokom pritisku, temperaturi od 120°C i u prisustvu kiseonika, koji deluje kao katalizator. Međutim, polimerizacija etilena može se izvesti pri nižem pritisku ako se koristi Zieglerov katalizator. Jedan od najčešćih Zieglerovih katalizatora je mješavina trietilaluminijuma i titanijum tetrahlorida.
Polimerizacija alkena je detaljnije razmotrena u odjeljku. 18.3.
Učitavanje...