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 CnH2n.
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
