Определение, общая формула
Алкены — это углеводороды нециклического строения, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sр2-гибридизации и связаны друг с другом двойной связью.
Длина связи С=С равна 0,133 нм, т. е. меньше, чем длина одинарной связи С–С.
Общая формула алкенов: СnH2n (n ≥ 2). Алкены изомерны другому классу соединений – циклоалканам. Они имеют одинаковую общую формулу СnH2n.
Гомологический ряд
| Молекулярная формула алкена СnH2n | Название алкена | |
| Международная номенклатура | тривиальное (традиционное) | |
| С2Н4 | Этен | Этилен |
| С3Н6 | Пропен | Пропилен |
| С4Н8 | Бутен | Бутилен |
| С5Н10 | Пентен | Амилен |
О пространственном строении простейшего алкена – этена см. табл.1.
Изомерия и номенклатура
Для алкенов возможны 3 типа изомерии: изомерия углеродной цепи, изомерия положения двойной связи, цис-транс- изомерия.
Первые 2 члена гомологического ряда — этен и пропен — изомеров, относящихся к классу алкенов, не имеют. 
Цис- бутен-2 Транс- бутен-2
Цис-транс-изомерия
При составлении названий алкенов по международной номенклатуре нужно:
1.Найти наиболее длинную (главную) цепь углеродных атомов, которая содержит двойную связь и наибольшее число заместителей (ответвлений).
2. Пронумеровать атомы углерода главной цепи так, чтобы атом «С», у которого начинается двойная связь, имел наименьший номер.
3. Назвать заместители (алкильные радикалы) в алфавитном порядке и алкен, соответствующий главной цепи.
4.Цифрой указать положение двойной связи после названия главной цепи. Например:
CН3
3 ׀ 4 5
CН3 – CН2 – C – CН – CН3
׀ ׀
2 CН CН3
1 CН2
3,4-Диметил-3-этилпентен-1
Олефины часто называют как алкилзамещенные родоначальника ряда – этилена (рациональная номенклатура) или по соответствующему парафину, меняя окончание «ан» на «илен» (эмпирическая номенклатура) например:
СН2=СН–СН3 – пропен, метилэтилен (рациональная номенклатура), пропилен (эмпирическая номенклатура).
Непредельные углеводородные радикалы называют, добавляя к корню суффикс -енил:
СН2=СН– этенил,
СН3–СН=СН– пропенил-1,
СН2=СН–СН2– пропенил-2.
Укоренились некоторые эмпирические названия:
СН2=СН– винил,
СН2=СН–СН2– аллил и т. д..
Физические свойства
С2Н4...С4Н8 С5Н10 – С16Н32 С17Н34...
газы жидкости твердые вещества
Плохо растворимы в воде.
Химические свойства
Алкены обладают большей реакционной способностью, чем алканы. Это обусловлено наличием в их молекулах двойной связи σ
С = С
π
π-связь менее прочная, чем σ-связь. Она легко разрушается под воздействием различных реагентов. Освободившиеся в результате разрыва π-связи валентности углеродных атомов используются для присоединения атомов или групп атомов молекулы реагента. Двойная связь легко переходит в две одинаковые σ-связи. Для алкенов характерны реакции присоединения.
I. Реакции присоединения
׀ ׀
C = C + XY → – C – C –
׀ ׀
X Y
1. Присоединение водорода (+H2) — гидрирование, образуются алканы:
Pt
СН2 = СН2 + Н2 СН3–СН3
этен или Ni, 150°C этан
2. Присоединение галогенов (F2, С12, Br2, I2) — галогенирование, образуются дигалогеналканы:
1 2 3 4
CH3– CH= CH – CH3 + Br2 → CH3– CH– CH – CH3
Бутен-2 (Н2О) ׀ ׀
Бромная вода Br Br
2,3-Дибромбутан
Бромная вода (раствор Вг2 в воде) имеет желтый цвет. При взаимодействии с алкенами бромная вода обесцвечивается, поэтому реакция с бромной водой используется для идентификации алкенов.
Как уже указывалось при изучении неорганической химии, реакции, которые используются для идентификации различных веществ, называются качественными реакциями.
Реакция с бромной водой является качественной реакцией на все непредельные углеводороды, в том числе на алкены.
3) Присоединение галогеноводородов (HHal) - гидрогалогенирование (образуются галогеналканы):
СН2=СН2 + НСl → СН3–СН2–Сl хлорэтан
этен
СН3–СН=СН2 + HBr → CH3– CH – CH3 2-Бромпропан
пропен ׀
Br
Последняя реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова: при присоединении молекул типа НХ (Х=Hal, ОН и т.д.) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода двойной связи (т.е. к атому С, связанному с большим числом атомов Н).
Сформулированное русским химиком В. В. Марковниковым в 1869 г. правило о присоединении по двойной связи объясняется смещением электронной плотности в молекулах несимметричных алкенов в результате действия индуктивного эффекта
Метильная группа отталкивает электроны связи СН3—С, что приводит к поляризации π-связи. Электроны π-связи являются очень 
подвижными, т. е. легко смещаются к атому С(1). Это смещение показывают изогнутой стрелкой (
). В результате на атоме С(1) возникает частичный отрицательный заряд δ-, а на атоме С(2) — частичный положительный заряд δ 
+. При присоединении галогеноводорода протон Н+ присоединяется к атому С(1), несущему частичный отрицательный заряд:
Более гидрогенизированный атом С(1) имеет частичный отрицательный заряд, поэтому он и подвергается атаке протона Н+.
4) Гидратация (образуются предельные одноатомные спирты, т. е. алканолы).
Присоединение воды к несимметричным алкенам также происходит по правилу Марковникова.
Т, Н+
СН2=СН2 + НОН → СН3–СН2– ОН этанол
этен
Т, Н+
СН2=СН2 – СН2–СН3 + НОН → СН2–СН – СН2–СН3
бутен-1 ׀ бутанол-2
ОН
5) Алкилирование алканами (парафинами) в присутствии фосфорной или серной кислот. СН3 СН3
׀ ׀
СН3– С =СН2 + Н– С –СН3 → СН3– СН– СН2– С– СН3
׀ ׀ ׀ ׀
СН3 СН3 СН3 СН3
2-Метилпропен 2-Метилпропан 2,2,4-Триметилпентан
(изобутан) (изооктан)
Этим путем можно получать парафины с изостроением, например: изооктан, представляющие большой интерес как высокооктановое моторное топливо.
II. Реакции окисления
Алкены окисляются кислородом воздуха и другими окислителями. Направление окисления и продукты зависят от условий реакций, выбора окислителя и катализатора.
1) Горение
а) полное (избыток О2)
-2 t° +4
С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О;
б) неполное (недостаток О2)
-2 t° +2
С2Н4 + 2О2 → 2СО + 2Н2О
-2 t° 0
С2Н4 + О2 → 2С + 2Н2О.
2) Неполное каталитическое окисление
При окислении алкенов кислородом воздуха в присутствии серебряного катализатора образуются оксиды алкенов:
Ag, 200°C
2СН2=СН2 + О2 → 2Н2С – СН2 эпоксиэтан
этен (этиленоксид)
О
3) Окисление перманганатом калия в нейтральной или щелочной среде (реакция Вагнера).
В отличие от алканов, алкены окисляются раствором КМnО4. Если реакция происходит при рН > 7, то продуктами окисления являются двухатомные спирты (алкандиолы или гликоли):
-2 -2 -1 -1
3СН2=СН2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3H2C– CH2 + 2KOH + 2MnO2↓
этен ׀ ׀
OH OH
этиленгликоль
или упрощенно: СН2=СН2 + [О] + Н2О → Н2С–СН2
(из KMnO4) ׀ ׀
ОН ОН
Используется как качественная реакция на алкены и другие непредельные УВ (р-р КМп04 обесцвечивается).
4) Окисление перманганатом калия в кислой среде
Если реакция между алкеном и раствором КМnO4 происходит в кислой среде, то происходит окислительное расщепление двойной связи и образовавшиеся «осколки» молекулы алкена окисляются до карбоновых кислот:
O
Н+ 
CН3–СН 
СН–СН3 + 4[O] → 2CH3–C
бутен-2 (из KMnO4) уксусная кислота
OH
О О
Н+
СН2 СН–СН3 + 4[O] → Н–С + CH3–C уксусная кислота
|
ОН ОН
муравьиная
пропен кислота
При действии концентрированных растворов окислителей (перманганата калия, хромовой кислоты, азотной кислоты, CrO3) молекула алкена разрывается по месту двойной связи, образуя кетоны или кислоты:
CrO3
CН3–С СН–СН3 → СН3– CO + СН3COOH
׀ ׀ уксусная кислота
СН3 СН3
ацетон
III. Реакции полимеризации
Процесс полимеризации открыт А. М. Бутлеровым.
Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул (мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием высокомолекулярного соединения (полимера).
Полимеризация олефинов может быть вызвана нагреванием, сверхвысоким давлением, облучением, действием свободных радикалов или катализаторов.
В реакцию полимеризации могут вступать как индивидуальные вещества, так и смеси мономеров. В последнем случае протекает смешенная полимеризация – сополимеризация.
Свойство алкенов полимеризоваться широко используется в промышленности для получения различных полимерных материалов.
Например:
СН2=СН2 + СН2=СН2 + …. → – СН2– СН2– СН2– СН2– …
или сокращенно
n СН2=СН2→ (–СН2–СН2–)n
этилен полиэтилен
(мономер) (полимер)
Реакцию полимеризации можно представить как результат раскрытия двойных связей в множестве молекул непредельного соединения (в данном случае этилена) и последующего соединения этих молекул друг с другом в одну гигантскую молекулу.
Величина n выражает степень полимеризации – указывает число мономерных звеньев, образующих макромолекулу. Это число может быть равно десяткам и сотням тысяч.
 |  |
n СН2=СН → –СН2–СН–
׀ ׀
СН3 СН3 n
пропен полипропилен
(пропилен)
n СН2=СН → –СН2–СН–
׀ ׀
Сl Сl n
винилхлорид поливинилхлорид
nСF2=СF2 → (–СF2–СF2–)n
тетрафторэтилен политетрафторэтилен
(тефлон, фторопласт)
Полимеризация олефинов в зависимости от механизма может быть двух видов: 1) радикальная, 2)ионная.
Радикальная полимеризация вызывается веществами, способными в условиях реакции распадаться на свободные радикалы. Растущая частица полимера вплоть до момента стабилизации представляет собой свободный радикал. Радикалы – инициаторы входят в состав молекулы полимера, образуя его конечную группу:
R 
С2Н4
СН2=СН2 → R– СН2–СН2 → R– СН2–СН2 –СН2–СН2 и т. д.
Катализаторами катионной полимеризации являются кислоты, хлориды алюминия и т. д.. Каталитическая или ионная полимеризация происходит благодаря образованию из молекул мономера реакционноспособных ионов. Например:
СН2=СН2 + НAlCl4 → СН3–СН2+ + AlCl 
↑
(AlCl3 + HCl)
СН3–СН2+ + nСН2=СН2 → СН3–СН2–(–СН2–СН2–)n
IV. Изомеризация.
При высоких температурах или в присутствии катализаторов олефины способны изомеризоваться. При этом происходит или перемещение двойной связи (обычно в центр молекулы), или изменение строения углеродного скелета, или же то и другое одновременно.
СН3–СН=СН–СН3
СН2=СН– СН2–СН3 бутен-2
бутен-1 СН3–С = СН2
׀ 2-метилпропен
СН3
V. Реакции замещения
Алкены вступают и в реакцию замещения. В название соединения, образуемого в результате реакции замещения, входит название радикала.
СН2=СН2 + Br2 → СН2=СНBr + HBr
этен бромэтенил
бромвинил.
Получение
В промышленности:
1) крекинг алканов;
2) дегидрирование алканов
СnH2n+2 t°, кат. СnH2n + Н2
550 –600°С
СН3–СН–СН3 CH2 = С –СН3 + Н2
׀ K2O + Cr2O3 + Al2O3 ׀
СН3 СН3
3) гидрирование алкинов
Ni, Pt
СnH2n–2 + Н2 → СnH2n
Ni, Pt
CН3– С 
С – СН3 + Н2 → СН3–СН=СН–СН3
В лаборатории:
1) дегидратация спиртов (t°, катализаторы: Н2SO4, H3PO4, Al2O3, ZnCl2):
170°С
СН2–СН2 СН2=СН2 + Н2О
׀ ׀ Н2SO4конц.
Н ОН
При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило А.М. Зайцева)
CH3 CH3
׀ t°, кат ׀
CH3– CH– C–CH3 → CH3–CH=C–CH3 + H2O
׀ ׀ 2-Метилбутен-2
OH H
3-Метилбутанол-2
2) Дегидрогалогенирование моногалогеналканов (-HHal) действием твердой щелочи или ее спиртового раствора.
Происходит по правилу А.М. Зайцева:
СН3 СН3
׀ t° ׀
Н3С–СН–С–СН3 + KOH → СН3– СН=С–СН3 + KCl + H2O
׀ ׀ (спирт. 2-Метилбутен-2
Н Cl р-р.)
2-Метил-2-хлорбутан
3) Дегалогенирование (-2Hal) дигалогеналканов с атомами галогенов у соседних атомов «С» действием Zn и Mg:
t°
СН3– СН2– СН– СН– СН3 + Zn → СН3– СН2–СH=СН–CH3 + ZnBr2
׀ ׀
Br Br
2,3-Дибромпентан Пентен-2
Применение этилена
–СН–СН2– (–СН2–СН2–)n
׀ полиэтилен
С6Н5 n С2Н5–О– С2Н5
полистирол диэтиловый эфир
 |
С2Н5ОН
С6Н5–СН=СН этанол
стирол С2Н4
СН2–ОН СН2= СН–СH=СН2
׀ дивинил
СН2–ОН
этиленгликоль
каучук
 |
С2Н5Cl
хлорэтан
растворители СН2Cl–СН2Cl
дихлорэтан
