Alkeny.pdf

A L K E N Y

Węglowodory o wzorze sumarycznym C n H 2n mogą być alkenami , jeŜeli zawierają jedno

podwójne wiązanie C=C lub cykloalkanami . Alkeny zaliczane są do węglowodorów

nienasyconych, zaś cykloalkany do nasyconych. Węglowodory cykliczne teŜ mogą być

nienasycone, jeŜeli zawierają wiązania wielokrotne, np. te z jednym wiązaniem podwójnym mają

wzór sumaryczny C n H 2n-2 . Znane są równieŜ węglowodory i inne związki, w których jest więcej

niŜ jedno nienasycone podwójne wiązanie C=C ; noszą one nazwę polienów . Alkeny i polieny

występują często w naturze. Eten – CH 2 =CH 2 jest hormonem roślinnym przyspieszającym

dojrzewanie owoców. Znane barwniki roślinne, np. rodzina karotenów , a pośród nich, np.

C C

eten izopren mircen limonen (+)-

-pinen

-karoten

likopen (g,g-karoten)

Rys.4.1. Przykłady naturalnych alkenów i polienów

W ropie naftowej alkeny i polieny występują w małych ilościach. DuŜo ich znajduje się w

produktach przeróbki ropy naftowej, pochodzących szczególnie z procesów

wysokotemperaturowych. Wiele z nich wytwarza się specjalnie w reakcjach krakingu .

Nomenklatura

Najpopularniejsze alkeny posiadają nazwy zwyczajowe, które moŜna uznać za nazwy

półsystematyczne, poniewaŜ są powszechnie stosowane, np. etylen ( CH 2 =CH 2 ), propylen

( CH 3 CH=CH 2 ), butylen , izobutylen czy izopren . Nazwy alkenów wg zasad IUPAC tworzy się

zamieniając końcówkę „ an ” w nazwie alkanu o takiej samie liczbie atomów węgla na końcówkę

„ en ”. W ten sposób otrzymujemy nazwy eten , propen , buten , itd. Najpopularniejsze nazwy

zwyczajowe, wymienione powyŜej jako od dawna zakorzenione są akceptowane przez UIPAC.

Jako lokant podwójnego wiązania przyjmuje się niŜszy numer atomu węgla w łańcuchu:

karoten – czerwonobrązowy – występujący, np. w marchwi czy likopen – czerwony – nadający

barwę pomidorom. Karoteny są prowitaminami witaminy A , a likopen ma silne działanie

przeciwnowotworowe. Terpeny (np. mircen, limonen , pineny ) jako oligomery izoprenu teŜ

naleŜą do nienasyconych związków, zaś kauczuk stanowiący typowy przykład naturalnego

polienu jest równieŜ polimerem izoprenu . Dawniej alkeny nazywano równieŜ olefinami .

1 2 3 4 5

5 4 3 2 1

CH 2 =CHCH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH=CH 2

pent-1-en pent-2-en teŜ pent-1-en

Dla węglowodorów zawierających 2 lub wi ę cej podwójnych wi ą za ń zamiast końcówki „ en ”

wprowadza się odpowiednio końcówkę „ adien ” (dla dwóch C=C ), „ atrien ”, itd., przy czym

lokanty wskazujące miejsce podwójnych wiązań w łańcuchu umieszcza się pomiędzy literę „ a ” i

resztą tej końcówki:

1 2 3 4 5 6 7

7 6 5 4 3 2 1

CH 2 =CHCH 2 CH=CHCH 2 CH 3 CH 3 CH=CHCH=CHCH=CH

hepta-1,4-dien hepta-1,3,5-trien

Zasada najni Ŝ szego zestawu lokantów

Atomy węgla w łańcuchu numeruje się w ten sposób, Ŝeby uzyskać najniŜszy zestaw lokantów,

tzn. taki, Ŝeby warto ś ci kolejnych lokantów w wzrastaj ą cym szeregu były najni Ŝ sze , np.

zestaw lokantów 2,3,6,8, jest niŜszy niŜ 3,4,6,8 lub 2,4,5,7.

W w ę glowodorach rozgał ę zionych lokalizuje się jako główny najdłuŜszy łańcuch węglowy

zawierający podwójne wiązanie:

11 10 9 8 7 6 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C

C-C=C-C

4 3 2 1

5-( n -but-2-enylo)undek-2-en ła ń cuch główny

(lokanty dobrane prawidłowo) nieprawidłowo wybrany

W w ę glowodorach pier ś cieniowych numeracje atomów węgla zaczyna się od podwójnego

wiązania:

3-etylocykloheksen 3,5-dimetylocykloheksen 3,5-dimetylocyklo-

hepta-1,3-dien

Reszta CH 2 =CH - nazywana jest winylen , a CH 2 =CH - CH 2 - allilem .

CH 2 =CH-CH-CH 2 -CH=CH-CH-CH 2 -CH=CH-CH 3

CH=CH 2

CH 2 -CH=CH 2

7-allilo-3-winyloundeka-1,5,9-trien

W alkenach jest moŜliwość występowania izomerii cis / trans ( Z / E ). W izomerze cis podstawniki

starsze usytuowane są po tej samej płaszczyźnie pierścienia, a w izomerze trans po przeciwnych

stronach:

H 3

CH 2 CH 3

H 3

C C

CH 2 CH 3

cis -pent-2-en trans -pent-2-en

[ ( Z )-pent-2-en) ( E )-pent-2-en ]

Starszeństwo podstawników wyznacza się na takich samych zasadach jak przy ustalaniu

starszeństwa przy określeniu konfiguracji absolutnej.

H 3

CH 2 CH 2 CH 3

C C

CH 2 CH 2

Et>Me

Br>Pr

Br>H

Cl>F

( Z )-4-bromohept-3-en ( Z )-2-bromo-1-chloro-1-fluoroeten

Wła ś ciwo ś ci fizyczne, fizykochemiczne i fizjologiczne alkenów

Temperatura wrzenia i topnienia

NiŜsze alkeny podobnie jak alkany o zbliŜonej masie cząsteczkowej są gazami, wyŜsze cieczami,

a te o wysokiej masie cząsteczkowej nie topnieją w temperaturze pokojowej. Wartości temperatur

wrzenia i topnienia monoenów i alkanów są zbliŜone, np.

Porównanie tw. i tt. alkenów z alkami i pomiędzy izomerami Tabela 4.1.

tw. o C

tt. o C

etan

-89

-183

eten

-104

-165

propan

-42

-188

propen

-48

-185

butan -0,5 -138

but-1-en -6,5 <-190

( Z )-but-2-en 3,7 139

( E )-but-2-en 1 -106

Pomiędzy izomerami róŜnice są wyraźnie, często znaczne.

-Karoten jest ciałem stałym, krystalicznym o tt. 183 o C.

Rozpuszczalno ść

Podobnie jak alkany, alkeny są hydrofobowe, nierozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczalne

w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych.

Palno ść

Są łatwopalne. Lotne alkeny tworzą mieszanki wybuchowe z powietrzem.

Zapach

Zapach alkenów jest znacznie bardziej intensywny niŜ alkanów, ostry, raczej nieprzyjemny.

Elektronowa struktura wi ą zania C=C

Wiązanie podwójne C=C powstaje w wyniku nałoŜenia się orbitali atomów węgla, których

elektrony walencyjne uległy hybrydyzacji sp 2 , co oznacza Ŝe hybrydyzacji uległ elektron s i dwa

elektrony p .

wzbudzenie

hybrydyzacja

&)+)(

2 s 2 2 p x 2 p y

2 p z

2 s 2 p x 2 p y 2 p z

sp 2

2 p z

hybrydyzacja

2 s

2 p x

2 p y

sp 2

Rys.4.2. Hybrydyzacja sp 2 atomu C

LeŜące na jednej płaszczyźnie osie trzech orbitali sp 2 przecinają się pod kątem 120 o , a

prostopadle do tej płaszczyzny znajduje się orbital 2 p z obsadzony przez 1 elektron.

Atom węgla, zhybrydyzowany sp 2 moŜe z drugim takim samym atomem utworzyć wiązanie

podwójne C=C . Składa się ono z wiązania s powstałego w wyniku osiowego nałoŜenia się 2

orbitali sp 2 i wiązania

2 p z

2 elektrony na

orbitalach 2 p z

sp 2

wiązanie s

orbital

Rys. 4.3. Wiązanie podwójne C=C składa się z wiązania s i wiązania p

jest swobodny, w przypadku C=C wymaga dostarczenia duŜej energii i prowadzi do

zerwania wiązania p. Brak swobodnego obrotu wokół wiązania podwójnego C=C jest przyczyną

występowania izomerii cis / trans .

Otrzymywanie alkenów

Głównym źródłem alkenów są procesy petrochemiczne, wykorzystujące ropopochodne surowce.

Najczęściej w wysokiej temperaturze długie łańcuchy węglowodorowe pękają tworząc mniejsze

w wyniku nałoŜenia się 2 orbitali p , których osie są prostopadle do

płaszczyzny tworzonej przez osie orbitali sp 2 .

Wiązanie p powstaje w wyniku nałoŜenia się dwóch orbitali p , które są osiowo równoległe do

siebie. Tylko w tym układzie jest moŜliwe utworzenie takiego wiązania. Obrót atomów C wokół

wiązania

fragmenty, pośród których znajdują się alkeny . Tego typu reakcje nazywają się krakingiem .

(ang. crack – pękać). W temperaturze 800-900 o C wiązania C-C pękaja 8-9 razy szybciej niŜ C-

H . Piroliza czyli rozkład węglowodorów wyłącznie pod wpływem wysokiej temperatury nazywa

się krakingiem termicznym . Są jeszcze innego rodzaju krakingi, np. katalityczne (z uŜyciem

katalizatorów) czy hydrokraking , z udziałem wodoru w obecności katalizatorów. Podczas

hydrokrakingu nie powstają alkeny , poniewaŜ ulegają one uwodornieniu.

W uproszczeniu reakcje krakingu moŜna zapisać jako rozkład długiego łańcuchu alkanu na dwa,

jeden alkanu i drugi alkenu:

C n H 2n+1 C m H 2m+1 D C n H 2n+2 + C m H 2m

alkan alkan alken

W rzeczywistości jest to reakcja bardzo skomplikowana, poniewaŜ produkty ulegają dalszym

przemianom i powstaje złoŜona mieszanina, zawierająca zwykle 10-20% metanu (wagowo),

alkany i alkeny gazowe i ciekłe oraz stałe, a takŜe koks (węgiel pierwiastkowy). Alkeny tworzą

się podczas kaŜdej pirolizy węglowodorów, a proces moŜna tak prowadzić, Ŝeby wybrany z nich,

np. eten , propen , buteny , butadien czy izopren stanowił główny produkt.

Pośród wszystkich surowców organicznych eten jest produkowany na największą skalę –

kilkadziesiąt mln ton rocznie. Kraking moŜna tak prowadzić, Ŝeby zawartość etenu w produktach

gazowych przekraczała 30%.

Laboratoryjne syntezy alkenów

Alkeny otrzymuje się w reakcjach eliminacji małych cząstek, np. halogenowodorów, wody,

amoniaku czy wodoru.

KOH

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Cl

CH 3 CH 2 CH=CH 2 + KCl

1-chlorobutan but-1-en

KOH

CH 3 CH=CHCH 2

but-2-en

80%

CH 3 CH 2 CHCH 3

CH 3 CH 2 CH=CH 2

but-1-en

20%

Wła ś ciwo ś ci chemiczne alkenów

Charakterystyczna reakcją alkenów jest addycja elektrofilowa (przyłączenie elektrofilowe). Do

podwójnego wiązania przyłączyć się mogą reagenty symetryczne, np. wodór ( H 2 ) czy halogeny

( X 2 ) lub niesymetryczne, np. halogenowodory ( HX ), woda, tiole ( RSH ) i inne reagenty

elektrofilowe.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: