3.2 Алкены: определение, изомерия, номенклатура

 

Углеводороды, в молекулах которых помимо одинарных углерод-углеродных σ-связей имеются углерод-углеродные π-связи, называются непредельными.

Углеводороды, содержащие одну углерод-углеродную π-связь (то есть двойную связь), называются алкенами или олефинами. Общая формула членов гомологического ряда этиленовых углеводородов С_nH_2n. Родоначальник ряда − этилен СН₂=СН₂.

 

Изомерия и номенклатура

В соответствии с правилами ИЮПАК при построении названий алкенов наиболее длинная углеродная цепь, содержащая двойную связь, получает название соответствующего алкана, в котором суффикс «ан» заменен на «ен». Эта цепь нумеруется таким образом, чтобы углеродные атомы, участвующие в образовании двойной связи, получили номера, наименьшие из возможных. Радикалы называются и нумеруются, как и в случае алканов:

5-метил-2-гексен

Углеводородные радикалы, образованные из алкенов, получают суффикс –енил, в общем случае –алкенил. Нумерация в сложных радикалах начинается от углеродного атома, имеющего свободную валентность. Для простейших радикалов используются тривиальные названия:

             этенил                   2-пропенил                          1-метилэтенил         2-метил-2-бутенил

(винил)                      (аллил)                                  (изоаллил)

Структурная изомерия начинается в этом ряду, как и в ряду предельных углеводородов, с члена ряда С₄, однако число изомеров значительно больше. Наряду с изомерией, связанной со строением углеродной цепи, в ряду олефинов наблюдается структурная изомерия, обусловленная положением двойной связи в цепи.

Кроме того, в ряду олефинов имеет место пространственная (геометрическая), так называемая цис-, транс- изомерия (E, Z).

Вращение вокруг связи С─С в молекулах алканов требует малой затраты энергии (8-16 кДж/моль). Для этого достаточно теплового движения молекул.

Вращение же фрагментов С=С относительно друг друга требует разрыва π-связи и затраты 272 кДж/моль. В связи с этим соединения, содержащие у атомов углерода, связанных двойной связью, хотя бы по одному разному заместителю, могут существовать в изомерных формах. Эти изомеры различаются пространственным расположением заместителей относительно друг друга. Если заместители расположены по одну сторону от двойной связи, то такой изомер называется цис-изомером, и транс-изомером, если по разные стороны:

                            (Z) цис-2-бутен                                  (Е) транс-2-бутен

В сложных молекулах понятие цис- и транс- становятся неопределенными. В этих случаях пользуются общей ZЕ-системой обозначений. Составлена таблица возрастающего старшинства групп. Если старшая группа у одного из углеродных атомов находится по одну сторону со старшей группой у другого атома углерода, то этот изомер называется Z-изомером.

3.2.1 Способы получения

Олефины встречаются в некоторых сортах нефти. В чистом виде из нефти выделены углеводороды от С₆Н₁₂ до С₁₃Н₂₆. Алкены, в виде сложных смесей получаются при крекинге нефти.

В технике, кроме того, применяется получение этиленовых углеводородов дегидрированием предельных углеводородов. Катализатором этого процесса служит окись хрома:

В лаборатории этиленовые углеводороды получают следующими способами:

1. При действии спиртовых растворов едких щелочей на галогенопроизводные отщепляется галогеноводород и образуется двойная связь. Порядок отщепления галогеноводорода в большинстве случаев определяется правилом Зайцева: при образовании галогеноводорода и воды наиболее легко отщепляется водород от наименее гидрогенизированного соседнего атома углерода:

                     2-метил-3-хлорбутан                                2-метил-2-бутен

 

 

2. При действии на спирт дегидратирующих средств:

                                                                                                этилен

3. При действии Zn или Mg на дигалогенопроизводные с двумя атомами галогена у соседних атомов углерода (вицинальные дигалогенопроизводные):

                         2,3-дибромбутан                          2-бутен

4. Гидрированием ацетиленовых или диеновых углеводородов. Алкины гидрируются над катализаторами с пониженной активностью (Fe или платина и Рd, «отравленные» серой, Na в аммиаке):

                                     пропин                                          пропен

                                  1,3-бутадиен                                        2-бутен

 

Физические свойства

Физические свойства алкенов подобны свойствам соответствующих алканов. Низшие алкены (С₂ – С₄ ) являются газами, средние алкены (начиная с С₅ до С₁₇) жидкостями, не смешивающиеся с водой. Высшие алкены – твердые вещества.

Олефины с нормальной цепью углеродных атомов кипят при более высокой температуре, чем их изомеры с разветвленной цепью. Перемещение двойной связи в центр молекулы вызывает повышение температуры кипения и плавления алкена. Цис-изомеры обычно кипят при более высокой, а плавятся при более низкой температуре, чем транс-изомеры.

Плотность олефинов меньше единицы, но больше, чем плотность соответствующих парафинов. В гомологическом ряду она увеличивается. Для олефинов характерны более высокие показатели преломления света, чем для парафинов.

Следует заметить, что этиленовые углеводороды хорошо растворяются в растворах некоторых солей тяжелых металлов (Сu₂Cl₂), образуя с ними комплексные соединения.