Алкены

Алке́ны (олефины, этиленовые углеводороды), ненасыщенные алифатические углеводороды общей формулы С_nH_2n.

Строение

Содержат одну двойную связь С=С. Первый член гомологического ряда этилен (этен) H₂C=CH₂. Для алкенов, начиная с бутена С₄Н₈, наряду с изомерией углеродного скелета и положения двойной связи, возможна геометрическая изомерия. В алкенах атомы углерода при двойной связи имеют sp²-гибридизацию.

Физико-химические свойства

Низшие алкены (этен, пропен и бутены) – газы; алкены состава С₅–С₁₈ – бесцветные жидкости; высшие алкены – твёрдые вещества. Алкены практически не растворяются в воде, ограниченно – в спиртах; хорошо растворяются в углеводородах и их галогенпроизводных, простых и сложных эфирах.

Алкены легко вступают в реакции электрофильного присоединения по двойной связи с галогеноводородами, галогенами, кислотами и другими соединениями, протекающие главным образом через стадию образования мостикового иона.

Реакция бромирования этилена.Присоединение электрофильных реагентов протекает в соответствии с правилом Марковникова. При взаимодействии алкенов с формальдегидом образуются диолы или 1,3-диоксаны (реакция Принса), при гидроформилировании – альдегиды. Гидратацией алкенов в присутствии кислотных катализаторов (например, H₂SO₄) получают спирты; так, гидратацией этена и пропена в промышленности получают этиловый и изопропиловый спирты. Алкены способны алкилировать алканы с образованием алканов разветвлённого строения, которые применяют в качестве высокооктановых добавок к моторным топливам. При алкилировании бензола этеном образуется этилбензол, пропеном – кумол (реакция Фриделя – Крафтса). Алкены вступают в реакции радикального присоединения по двойной связи. При взаимодействии алкенов со свободным радикалом может происходить полимеризация по цепному механизму или присоединение, например:

R∙+CH2=CHCH3→RCH2C∙HCH3→CH2=CHCH3RCH2CH(CH3)CH2C∙HCH3;R^\bullet+ CH_2 = CHCH_3 \rightarrow RCH_2\overset{\bullet}{C}HCH_3 \xrightarrow {CH_2=CHCH_3} RCH_2CH(CH_3)CH_2\overset{\bullet}{C}HCH_3; R∙+CH2=CHCH3→RCH2C∙HCH3→R−HRCH2CH2CH3+R∙.R^ \bullet + CH_2 =CHCH_3 \rightarrow RCH_2\overset{\bullet}{C}HCH_3 \xrightarrow {R-H} RCH_2CH_2CH_3 + R^\bullet. Соотношение между продуктами полимеризации и присоединения зависит от природы алкена и реагента, а также от их концентрации. Реакции нуклеофильного присоединения к алкенам протекают только с сильными нуклеофилами, например с C₄H₉Li. К реакциям нуклеофильного присоединения относится анионная полимеризация алкенов с применением катализаторов Циглера – Натты. В промышленности таким способом получают высокомолекулярный полиэтилен, стереорегулярный (изотактический) полипропилен, этилен-пропиленовые каучуки и др.

При окислении алкенов в зависимости от условий реакции образуются различные продукты. В слабощелочной среде KMnO₄ окисляет алкены до гликолей, в кислой среде происходит расщепление двойной связи и образование кетонов и карбоновых кислот. В присутствии Ag₂О при 200–300 °C кислород взаимодействует с алкенами с образованием эпоксисоединений; в промышленности таким способом получают этиленоксид и пропиленоксид. При действии на алкены надкислот образуются эпоксиды (эпоксидирование). При каталитическом гидрировании алкенов образуются соответствующие алканы.

Получение

В промышленности алкены получают переработкой нефтепродуктов и природного горючего газа. Низшие алканы состава С₂–С₄ получают пиролизом прямогонного бензина, этана, пропана или газойля; пропен и бутен – каталитическим крекингом вакуумного газойля. Неразветвлённые алкены состава С₆–С₂₀ получают термическим крекингом парафиновой фракции нефти, содержащей нормальные алканы.

В лабораторных условиях алкены получают следующими способами: дегидратацией спиртов; дегидрогалогенированием галогеналканов; разложением четвертичных аммониевых оснований (реакции Гофмана); гидрированием ацетиленовых углеводородов или дегидрированием алканов; цис-алкены получают взаимодействием альдегидов или кетонов с алкилиденфосфоранами (реакции Виттига).

Применение

Алкены – основные исходные реагенты в химической промышленности. Из этилена и пропилена получают: полимеры и эластомеры, эпоксисоединения, дихлорэтан, винилхлорид, этанол, изопропанол, пропанол и др. Изобутилен – сырьё для получения бутилкаучука, изопрена, трет-бутанола. Его сополимеры с бутенами применяют как присадки к маслам и герметики. Алкены состава С₁₀–С₁₆ используют в синтезе поверхностно-активных веществ, а также для получения высших спиртов.