алкены

В мире химии углеводороды - это особенно увлекательные соединения, состоящие из водорода и углерода. Среди различных типов углеводородов алканы выделяются благодаря своим уникальным химическим свойствам. Цель данного урока - предоставить подробное описание алканов, их структуры, свойств и значения как в академических исследованиях, так и в практических применениях.

Что такое алкены?

Алканы - это типы углеводородов, которые содержат хотя бы одну двойную связь углерод-углерод ( -C=C- ). Эта двойная связь является определяющей характеристикой, которая отличает алканы от других типов углеводородов, таких как алканы, которые содержат только одинарные связи, и алкины, которые содержат тройные связи. Из-за двойной связи алканы также известны как ненасыщенные углеводороды.

Химическая структура алкенов

Общая молекулярная формула алкена - C n H 2n . Например, если алкен имеет четыре атома углерода, по формуле получится C 4 H 8 Самым простым алкеном является этен, также известный как этилен, который имеет химическую формулу C 2 H 4 .

      НН
       ,
        C=C
       ,
      НН
    

Номенклатура алкенов

Названия алкенов следуют системе номенклатуры ИЮПАК, где суффикс "-ен" используется для указания наличия двойной связи. Местоположение двойной связи также должно быть указано в названии. Вот пошаговое руководство по наименованию алкенов:

1. Идентифицируйте самую длинную углеродную цепь, содержащую двойную связь. Это будет родительская цепь.
2. Пронумеруйте атомы углерода в родительской цепи начиная с конца, ближайшего к двойной связи.
3. Используйте номер первого атома углерода, участвующего в двойной связи, в качестве локатора перед названием радикала.
4. Укажите префиксы в алфавитном порядке и с номером, если они присутствуют.

В качестве примера рассмотрим следующее соединение:

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

В самой длинной цепи с двойной связью пять атомов углерода, что делает её "пентен." Поскольку двойная связь начинается со второго атома углерода, соединение называется 2-метил-2-пентен.

Изомерия в алкинах

Алкены показывают два основных типа изомерии:

Структурная изомерия

Она возникает, когда молекулярная формула алкена одинакова, но структурное расположение атомов различно. Например, C 4 H 8 может быть бут-1-ен или бут-2-ен.

    Бут-1-ен: CH 2 =CH-CH 2 -CH 3
    Бут-2-ен: CH3 -CH=CH- CH3
    

Цис-транс изомерия

Этот тип изомерии типичен для алкенов из-за ограниченной ротации вокруг двойной связи. В цис-изомерах заместители находятся на одной стороне двойной связи. В транс-изомерах они находятся на противоположных сторонах. Рассмотрим бут-2-ен:

    цис-бут-2-ен:
          CH 3 H
           ,
        HC=C-CH 3
          
    транс-бут-2-ен:
          H CH 3
           ,
        CH 3 -C=CH
    

Двойная связь препятствует свободной ротации в алкенах, что приводит к специфической конфигурации и свойствам у них.

Физические свойства алкенов

Физические свойства алкенов схожи с такими у алканов, но стоит отметить некоторые различия:

• Температура кипения: Температура кипения алкенов обычно схожа с такой у алкенов сопоставимого размера, несколько варьируется под влиянием присутствия двойной связи. Увеличенная полярность от двойной связи может привести к несколько более высокой температуре кипения.
• Растворимость: Подобно алканам, алкены неполярны и нерастворимы в воде, но растворимы в других неполярных растворителях.
• Плотность: Алкены менее плотные, чем вода, что означает, что если бы они были жидкими при комнатной температуре, они плавали бы на поверхности воды.

Химические свойства алкенов

Наличие двойной связи делает алкены более реактивными, чем алканы. Эта двойная связь может подвергаться различным реакциям, среди которых:

Гидрогенация

В этой реакции газообразный водород (_{H 2}) добавляется к двойной связи, превращая её в одинарную. Эта реакция используется в промышленности для превращения ненасыщенных жиров в насыщенные.

    CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3
    

Галогенирование

Алкены реагируют с галогенами (такими как _{Cl 2} или _{Br 2}) с образованием дигалогеналкилов.

    CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
    

Гидратация

В присутствии кислого катализатора вода может быть добавлена к алкену с образованием спирта:

    CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 OH
    

Синтез алкенов

Алкены могут быть синтезированы несколькими способами:

Обезвоживание спиртов

Спирты могут быть превращены в алканы удалением молекулы воды. Это обычно требует кислотного катализатора и нагрева:

    CH 3 -CH 2 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O
    

Крекинг алкенов

Крупные алканы могут быть разбиты на более мелкие алканы путем крекинга, процесса, используемого в нефтяной промышленности.

Применения и значение алкенов

Алкены играют важную роль как в природе, так и в промышленности:

• Полимеризация: Алкены являются строительными блоками многих полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен, которые являются важными в производстве пластиков.
• Феромоны: Многие насекомые используют алканы в качестве феромонов для общения.
• Природные продукты: Алканы встречаются в различных важных соединениях в растениях и животных, таких как витамины и гормоны.

Заключение

Алкены, с их характерными двойными связями углерод-углерод, являются характерным и важным классом углеводородов. Их уникальная реакционная способность и физические свойства делают их важными в широком спектре химических процессов и отраслей промышленности. Понимание структуры и поведения алкенов важно во многих областях химии, от органического синтеза до разработки новых материалов и изучения биологических систем.

Комментарии