Гомологический ряд алкенов

Определение и строение молекул алкенов

Алкены – органические соединения, углеводороды алифатического (ациклического) непредельного характера, в молекуле которых между атомами углерода – одна двойная связь, и которые соответствуют общей формуле C_nH_2n.

Свое второе название - олефины - алкены получили по аналогии с жирными непредельными кислотами (олеиновая, линолевая), остатки которых входят в состав жидких жиров - масел.

Свойство «непредельности» связано со способностью этих веществ вступать в реакции присоединения, прежде всего водорода, с образованием предельных, или насыщенных углеводородов − алканов.

Простейший алкен: C₂H₄ или H – C = C – H этен или этилен,

| |

H H

А его радикал: C₂H₃- или CH₂=CH- − винил.

Атомы углерода, между которыми есть двойная связь, 'находятся в состоянии sр² −гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвуют одна s - и две р -орбитали, а одна р -орбиталь остается негибридизованной. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ-связи, а за счет негибридизованных р -орбиталей соседних атомов углерода образуется вторая, π-связь. Таким образом, двойная связь состоит из одной σ- и одной π-связи.

 

σ
-связь π-связь

Три гибридные орбитали атома углерода, образующих двойную связь, одинаковы по форме и энергии, находятся в одной плоскости и направлены в углы равностороннего треугольника. Углы между гибридными орбиталями равны 120°. Негибридные орбитали, образующие π-связь, располагаются перпендикулярно плоскости молекулы.

Длина двойной связи 0,134нм (она короче одинарной, длина которой 0,154 нм), она более прочная, чем одинарная, так как ее энергия больше. Тем не менее, в углеродных соединениях π-связь значительно слабее, чем σ-связь и под воздействием реагентов π-связь легко разрывается. Наличие подвижной, легко поляризуемой π-связи приводит к тому, что алкены химически более активны, чем алканы, и способны вступать в реакции присоединения.

Гомологический ряд алкенов

Гомологи − вещества, сходные по строению и свойствам и отличающиеся на одну гомологическую группу -СН₂- или более.

Для первых трёх членов гомологического ряда алкенов используются исторически сложившиеся названия (их употребление зафиксировано правилами ИЮПАК): С₂Н₄ − этен, С₃Н₆ − пропен, С₄Н₈ − бутен. Начиная с пятого члена ряда и далее используются названия, корень которых производится от греческого или латинского названия соответствующего числительного с суффиксом –ен или –илен (обозначающий принадлежность соединения к данному классу): С₅Н₁₀ − пентен, С₆Н₁₂ − гексен, С₇Н₁₄ − гептен и т.д.

Атомы углерода могут соединяться не только в линейную цепь, но и в разветвленную. В ряду алкенов появление разветвления возможно начиная с бутена.

Номенклатура алкенов.

1. Выбор главной цепи. Образование названия углеводорода начинается с определения главной цепи - самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле. В случае алкенов главная цепь должна содержать двойную связь.

2. Нумерация атомов главной цепи. Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, с которого ближе расположены по старшинству (по преимуществу):

кратная связь → заместитель → углеводородный радикал.

Т.е. при нумерации в определении названия алкена положение кратной связи имеет преимущество перед остальными.

Если по положению двойной связи нельзя определить начало нумерации атомов в цепи, то его определяет положение заместителей так же, как для предельных углеводородов.

3. Формирование названия., После корня, обозначающего числа атомов углерода в цепи, и суффикса –ен или -илен, обозначающий принадлежность соединения к классу алкенов, через в конце названия указывают местоположение двойной связи в углеродной цепи, т.е. номер атома углерода, у которого начинается двойная связь.

Если есть заместители, то в начале названия указывают цифры − номера атомов углерода, при которых находятся заместители. Если при данном атоме находятся несколько заместителей, то соответствующий номер в названии повторяется дважды через запятую (2,2-). После номера через дефис указывают количество заместителей (ди – два, три – три, тетра − четыре, пента − пять) и название заместителя (метил. этил, пропил). Затем без пробелов и дефисов − название главной цепи. Главная цепь называется как углеводород − член гомологического ряда этилена (этен (этилен), пропен, бутен и т.д.).

Пример:

CH₃ Cl CH₃

7 6| 5| 4| 3 2 1

CH₃ – CH – CH – C – CH = CH – CH₃

|

C₂H₅

4,6-диметил-4-этил-5-хлоргептен-2

Изомерия алкенов.

Для алкенов характерны следующие виды изомерии:

1. Структурная изомерия (простейший алкен, для которого характерны структурные изомеры, − это бутен):

а) изомерия углеродного скелета

1 2 3 4 5 1 2 3 4

CH₂=CH – CH₂ – CH₂ – CH₃ CH₂=CH – CH – CH₃

|

CH₃

пентен-1 3-метилбутилен-1

б) изомерия положения кратной связи

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH₂ – CH₂ – CH₃ CH₃–CH = CH – CH₂ – CH₃

пентен-1 пентен-2

в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO₂, SO₂-OH и др.) (простейший алкен данного вида изомерии − это пропен)

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH – CH₂ – CH₃ CH₂=CH – CH₂ – CH – CH₃

| |

Cl Cl

3-хлорпентен-1 4-хлорпентен-1

2. Пространственная изомерия:

а) геометрическая изомерия

Вокруг одинарной углерод-углеродной связи возможно практически свободное вращение атомов углерода, поэтому молекулы алканов могут приобретать самую разнообразную форму. Вращение вокруг двойной связи невозможно, что приводит к появлению у алкенов еще одного вида изомерии − геометрической, или цис- и транс-изомерии. Цис-изомеры отличаются от транс-изомеров пространственным расположением фрагментов молекулы (в данном случае метильных групп) относительно плоскости π-связи, а следовательно, и свойствами.

1 2 3 4

CH₃ – CH = CH – CH₃

бутилен-2

 

CH₃ CH₃ CH₃ H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

H H H CH₃

цис-изомер транс-изомер

 

При этом двойная связь не должна находиться у крайних атомов углерода углеродной цепи!

3. Межклассовая изомерия (с циклоалканами)

1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH₂ – CH₂ – CH₃ CH₂ – CH₂

пентен-1 | |

CH₂ CH₂

\ /

CH₂

циклопентан