SVYAT | BIOCHEM

Алкены (Олефины) • Полный разбор класса

Алкены — ациклические непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода.
Алканы (Предельные)
CnH2n+2
Общая формула алкенов
CnH2n (n ≥ 2)
Циклоалканы (Изомеры)
CnH2n (n ≥ 3)
SVYAT | BIOCHEM
1
Физические свойства
Агрегатное состояние (н.у.):
  • C2 - C4: Газы (этилен, пропен, бутены)
  • C5 - C17: Жидкости
  • C18 и далее: Твердые вещества
Растворимость:

Практически нерастворимы в воде (гидрофобны). Отлично растворяются в органических неполярных растворителях (бензол, эфир, хлороформ).

Температуры кипения и плавления закономерно возрастают с увеличением молекулярной массы. Изомеры с разветвленным углеродным скелетом кипят при более низких температурах, чем их неразветвленные аналоги (прямая цепь упаковывается плотнее).
2
Применение алкенов
  • Этилен: Производство полиэтилена (пленки, пакеты), антифризов, этилового спирта. Является фитогормоном — ускоряет созревание плодов (помидоров, бананов).
  • Пропилен: Производство полипропилена (прочные пластики, трубы, канаты), растворителей.
3
Номенклатура

Суффикс класса — -ен. Главная цепь выбирается так, чтобы она обязательно включала двойную связь. Нумерация начинается с того конца, к которому ближе двойная связь (она имеет приоритет и старше радикалов или галогенов).

CH3— CH CH3 —CH═CH2
3-метилбутен-1 (а не 2-метилбутен-3)
4
Изомерия
1. Изомерия углеродного скелета (с C₄)
Появление разветвлений в главной цепи.
CH2═CH—CH2—CH3
Бутен-1
↑
C4H8
↓
CH2═ C C H₃ —CH3
2-метилпропен
2. Изомерия положения двойной связи (с C₄)
Смещение двойной связи вдоль углеродного скелета.
CH2═CH—CH2—CH3
Бутен-1
↑
C4H8
↓
CH3—CH═CH—CH3
Бутен-2
3. Межклассовая изомерия (с C₃)
Алкены изомерны циклоалканам (имеют одинаковую общую формулу CₙH₂ₙ).
CH2═CH—CH3
Пропен (Алкен)
↑
C3H6
↓
C H2 H2 C C H2
Циклопропан (Циклоалкан)
4. Пространственная (Геометрическая) изомерия
⚠️ Важно: Не путайте виды изомерии! Структурная изомерия — это когда атомы соединены в разном порядке (меняется сам скелет или двигается двойная связь). А пространственная — когда порядок связей абсолютно одинаковый, но группы атомов по-разному "торчат" в пространстве относительно двойной связи.
Цис-транс-изомерия возможна только в том случае, если у каждого из атомов углерода при двойной связи находятся два разных заместителя. (Помните, что водород — это тоже полноценный заместитель!).
Цис-бутен-2
C C H3C CH3 H H
Пары:
Метил / Метил
Водород / Водород
Бутен-2
CH3—CH═CH—CH3
Транс-бутен-2
C C H3C CH3 H H
Пары:
Метил / Водород
Водород / Метил
Главный секрет
Ищем «новые пары»!

Смотрим на пары групп сверху и снизу от двойной связи. У цис-изомера сверху лежит пара метил / метил. Если мы перевернем заместители у одного атома углерода, то сверху появится абсолютно новая пара — метил / водород.
Вывод: появились новые пространственные пары — значит изомерия ЕСТЬ! Важна сама суть появления новой пары.

❌ НЕПРАВИЛЬНЫЙ ПРИМЕР (Изомерии НЕТ)
Давайте посмотрим на бутен-1. У левого атома углерода висят два абсолютно одинаковых заместителя — два водорода!
Псевдо-цис-бутен-1
C C H H C2H5 H
Пары:
Водород / Этил
Водород / Водород
Бутен-1
CH2═CH—CH2—CH3
Псевдо-транс-бутен-1
C C H H H C2H5
Пары:
Водород / Водород
Водород / Этил
Новых пар НЕ ПОЯВИЛОСЬ! (Были пары Водород/Этил и Водород/Водород — они же и остались). Это одна и та же молекула, просто перевернутая в пространстве.
Вывод: если у одного атома углерода висят два одинаковых "хвоста", то пространственной изомерии быть не может.
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
🐰

🐇 Правило Зайцева

«Бедный беднеет!»

При отщеплении молекул галогеноводородов (или воды) атом водорода отрывается от наименее гидрированного соседнего атома углерода (там, где водородов и так меньше). Природа стремится создать более стабильную, "внутреннюю" двойную связь, окруженную радикалами.

Способы получения (Отщепление)
1
Дегидрирование алканов
Катализатор (Pt, Pd, Ni или Cr₂O₃) при высокой температуре "отрывает" два атома водорода от соседних углеродов. Оставшимся без водорода углеродам приходится образовать между собой двойную связь.
CH3—CH2—CH3 t°, кат. (Pt/Cr₂O₃)→ CH2═CH—CH3 + H2↑
2
Дегидрогалогенирование
Спиртовой раствор щелочи действует как агрессивный "хищник". Калий забирает себе галоген (Br), а гидроксид (OH) забирает соседний атом водорода, превращаясь в воду. Водород отнимается строго по правилу Зайцева.
🔑 Правило 1 галоген = 1 π-связь
Сколько атомов галогена «уйдёт» с молекулы — столько новых π-связей появится. От количества и положения галогенов в исходном галогеналкане зависит, какой продукт получим.
1 галоген
→ алкен ✅
Появляется 1 двойная связь
2 галогена · рядом
→ алкин
2 π-связи между одной парой С
2 галогена · через C
→ алкадиен
2 двойные связи в разных местах
Важно отметить: Реакция идет ТОЛЬКО со спиртовым раствором щелочи. Водный раствор привел бы к замещению брома на OH-группу (получился бы спирт).
CH3— CH Br —CH2—CH3 + KOH спирт, t°→ CH3—CH═CH—CH3 + KBr + H2O
3
Дегалогенирование
Активный металл (Zn, Mg или Ca) забирает оба галогена, а у двух соседних атомов углерода остаются свободные валентности. Этими «руками» углероды соединяются друг с другом — получается вторая (π-) связь, то есть двойная. Реакции с магнием и кальцием идут абсолютно аналогично цинку.
🔑 Правило 2 галогена = 1 π-связь
Каждая пара галогенов, снятых с двух соседних атомов углерода, даёт одну новую π-связь. Сколько пар уберём — столько π-связей получим.
2 галогена · 1 пара
→ алкен ✅
Соседние C → 1 двойная связь
4 галогена · 2 пары рядом
→ алкин
2 π-связи на одной паре C
4 галогена · 2 пары врозь
→ алкадиен
2 двойные связи в разных местах
CH2 Br CH Br CH3 + Zn t°→ CH2═CH—CH3 + ZnBr2
Особый случай: если галогены стоят не у соседних, а у крайних углеродов цепи (например, у 1-го и 3-го), свободные валентности оказываются далеко друг от друга. Двойную связь между ними образовать нельзя, поэтому углероды смыкаются концами в кольцо — получается циклоалкан.
CH2 Br CH2— CH2 Br + Zn t°→ C H2 H2 C C H2 + ZnBr2
Из 1,3-дибромпропана получается циклопропан
4
Внутримолекулярная дегидратация спиртов
При сильном нагревании (> 140°C) концентрированная серная кислота работает как мощный водоотнимающий агент. Она отрывает OH-группу и соседний H (опять же, по правилу Зайцева), превращая спирт в алкен.
CH3— CH OH —CH2—CH3 H₂SO₄(к), >140°→ CH3—CH═CH—CH3 + H2O
Образуется бутен-2, а не бутен-1
⚠️ Важно: Влияние температуры
Если проводить реакцию при более низкой температуре (< 140°C), вместо отщепления внутри одной молекулы пойдет межмолекулярная дегидратация. Две молекулы спирта "сольются" вместе, образуя простой эфир.
2 CH3—CH2—OH H₂SO₄(к), < 140°→
CH3—CH2—O—CH2—CH3 + H2O
Образуется диэтиловый эфир
5
Крекинг алканов
При нагревании длинная цепь алкана рвется на две равные части: образуется алкан и алкен. Для наглядности, общая формула процесса: CnH2n+2 → Cn/2Hn+2 + Cn/2Hn
CH3—CH2—CH2—CH3 t°→ CH3—CH3 + CH2═CH2
Бутан рвется на этан и этилен
6
Частичное гидрирование алкинов
Тройная связь — это одна прочная (σ) и две слабые (π) связи. Используя обычный катализатор (Ni), но немного «отравив» его (снизив его активность), мы разрываем только одну из слабых связей. Реакция останавливается на стадии алкена.
CH3—C≡CH + H2 Ni (отр.)→ CH3—CH═CH2
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
Основной тип реакций алкенов — электрофильное присоединение (AE).
Слабая π-связь раскрывается, как створки ворот, и к освободившимся "ручкам" атомов углерода присоединяются новые атомы.
🥕

🥕 Правило Марковникова

«Богатый богатеет!»

При присоединении несимметричных молекул (таких как галогеноводороды HCl, HBr или вода H-OH) к алкенам, атом водорода направляется к тому атому углерода при двойной связи, где уже больше атомов водорода (к "наиболее гидрированному").

А. Реакции присоединения
1
Гидрирование и Галогенирование
Гидрирование (присоединение водорода):
Нагревание и катализатор (Ni/Pt) помогают молекуле водорода разорвать π-связь. Два атома H садятся на оба конца бывшей двойной связи, превращая алкен в алкан.
CH2═CH—CH3 + H2 Ni/Pt, t°, p→ CH3—CH2—CH3
Галогенирование (Cl₂, Br₂):
Обесцвечивание красно-бурой бромной воды — важнейшая качественная реакция на двойную связь! Реакция идет при нормальных условиях, легко и быстро (без квантов света, в отличие от алканов).
CH3—CH═CH—CH3 + Br2 →
CH3— C H Br — C H Br —CH3
2
Присоединение галогеноводородов и воды (по Марковникову)
Гидрогалогенирование (HCl, HBr):
Водород отправляется к крайнему CH₂ (где водородов больше), а галоген (Cl) — к central CH.
CH2═CH—CH3 + HCl →
CH3— CH Cl —CH3
Гидратация (H₂O, H⁺):
Вода ведет себя как H-OH. Реакция требует кислой среды (H⁺) для активации. Водород идет к CH₂, а OH-группа к CH. Таким образом, из алкенов (кроме этилена) всегда получаются вторичные или третичные спирты.
CH2═CH—CH3 + H2O H⁺, t°→
CH3— CH OH —CH3
3
Алкилирование аренов (по Марковникову)
Бензол может присоединяться к алкенам в присутствии кислотного катализатора (AlCl₃, H₃PO₄, HF). При этом атом водорода из бензольного кольца, подобно водороду из HCl, уходит к наиболее гидрированному атому углерода алкена (к концевому CH₂). Массивный остаток — бензольное кольцо (фенил) — садится на центральный CH.
H + CH2═CH—CH2—CH3 H⁺, t°→
CH3 C H CH2 CH3
Образуется втор-бутилбензол (2-фенилбутан)
Особые случаи и исключения

⚠️ Присоединение ПРОТИВ правила Марковникова

1. Эффект сильных акцепторов (например, акриловая кислота): Мощная карбоксильная группа (-COOH) перетягивает на себя электронное одеяло всей молекулы. Из-за этого поляризация двойной связи меняется на обратную, и водород вынужден идти к CH, а галоген — на край к CH₂.
CH2═CH—COOH + HCl →
CH2 Cl CH2—COOH
2. С фторпроизводными: Аналогичная ситуация. Три атома фтора (самый электроотрицательный элемент) создают мощнейшую тягу электронов на себя.
CF3—CH═CH2 + HCl → CF3—CH2—CH2Cl
3. Эффект Хараша (Перекисный эффект): Если в реакции гидрогалогенирования присутствуют пероксиды (H₂O₂, ROOR), то механизм меняется на радикальный, и реакция идет против Марковникова. Работает ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО с HBr!
CH3—CH═CH2 + HBr H₂O₂ (пероксид)→ CH3—CH2—CH2Br
4. Аллильное замещение (Реакция Львова): Важно отметить: это вообще не реакция присоединения. При экстремально сильном нагревании (400-500°C) галоген не трогает двойную связь, а вытесняет водород из соседнего CH₃ (α-положения). Идет по радикальному механизму замещения!
CH2═CH—CH3 + Cl2 500°C→ CH2═CH—CH2Cl + HCl
В. Реакции окисления
1
Мягкое окисление (Реакция Вагнера)
Ледяной раствор марганцовки (0°C) "аккуратно" приоткрывает только слабую π-связь. На освободившиеся места садятся две OH-группы. Образуются многоатомные спирты — диолы (гликоли).

Это важнейшая качественная реакция: фиолетовый раствор обесцвечивается, выпадает бурый осадок MnO₂.
3 CH3—CH═CH—CH3 + 2 KMnO4 + 4 H2O 0°C →
3 CH3— C H O H — C H O H —CH3 + 2 MnO2↓ + 2 KOH
2
Жесткое окисление (Полный разрыв связи)
Кипящий раствор сильного окислителя полностью "перерубает" молекулу по двойной связи. Углероды на месте разрыва окисляются максимально.

Обрати внимание на красные и синие атомы углерода — именно они стояли при двойной связи и превратились в кислотные или кетонные группы!
1. С пентеном-2 в кислой среде (разрыв на 2 разные кислоты):
5 CH3—CH═CH—CH2—CH3 + 8 KMnO4 + 12 H2SO4 t° →
5 CH3COOH + 5 HOOC—CH2—CH3 + 8 MnSO4 + 4 K2SO4 + 12 H2O
Альтернативный окислитель (Дихромат калия):
Органические продукты (кислоты, кетоны или CO₂) получатся абсолютно те же самые. Изменятся лишь неорганические побочные продукты: вместо сульфата марганца образуется сульфат хрома(III) Cr₂(SO₄)₃, а цвет раствора поменяется с оранжевого на зелено-синий.
3 CH3—CH═CH—CH2—CH3 + 4 K2Cr2O7 + 16 H2SO4 t° →
3 CH3COOH + 3 HOOC—CH2—CH3 + 4 Cr2(SO4)3 + 4 K2SO4 + 16 H2O
2. С пентеном-2 в щелочной среде:
Кислоты не могут существовать в щелочи, поэтому вместо них образуются их соли.
CH3—CH═CH—CH2—CH3 + 8 KMnO4 + 10 KOH t° →
CH3COOK + KOOC—CH2—CH3 + 8 K2MnO4 + 6 H2O
3. С пропеном в кислой среде (концевой CH₂ дает CO₂):
При разрыве двойной связи отщепляется маленький "ошмёток" из одного атома углерода (концевой =CH₂). Он не может стать стабильной кислотой и полностью разлагается (сгорает) до углекислого газа.
5 CH3—CH═CH2 + 10 KMnO4 + 15 H2SO4 t° →
5 CH3COOH + 5 CO2↑ + 10 MnSO4 + 5 K2SO4 + 20 H2O
4. С 2-метилбутеном-2 (разветвленный углерод превращается в КЕТОН):
У разветвленного атома углерода уже есть две связи с другими атомами углерода (слева и снизу). Если он попытается образовать полноценную кислотную группу (-COOH), ему потребуется еще 3 связи, и в сумме получится 5 связей, что для углерода абсолютно невозможно! Поэтому он останавливается на стадии кетона (=O).
5 CH3— C C H3 ═CH—CH3 + 6 KMnO4 + 9 H2SO4 t° →
5 CH3— C C H3 O + 5 HOOC—CH3 + 6 MnSO4 + 3 K2SO4 + 9 H2O
5. С циклопентеном (разрыв цикла):
Цикл рвется по двойной связи. Так как молекула кольцевая, её концы не улетают друг от друга, а образуют единую двухосновную кислоту (глутаровую).
5 CH2 H2C CH2 HC CH + 8 KMnO4 + 12 H2SO4 t° →
5 HOOC—CH2—CH2—CH2—COOH + 8 MnSO4 + 4 K2SO4 + 12 H2O
3
Каталитическое окисление (Вакер-процесс)
Специфическая промышленная реакция окисления этилена кислородом в присутствии солей палладия и меди. Получается уксусный альдегид (ацетальдегид).
2 CH2═CH2 + O2 PdCl₂, CuCl₂, t°→ 2 CH3— C O H
4
Горение (Полное окисление)
Как и все органические углеводороды, алкены сгорают до углекислого газа и воды с выделением большого количества тепла.
CnH2n + 1.5n O2 t°→ n CO2 + n H2O
Г. Полимеризация
Множество маленьких молекул (мономеров) раскрывают свои двойные связи (слабые π-связи) и сцепляются друг с другом "за руки", образуя гигантскую, бесконечную макромолекулу (полимер).
1
Важнейшие реакции полимеризации
1. Получение полиэтилена:
n CH2═CH2 t°, p, кат. →
[ —CH2—CH2— ]n
Этилен → Полиэтилен (ПЭ)
2. Получение полибутена-2:
При раскрытии двойной связи метильные группы (—CH₃) не входят в главную цепь, а уходят в боковые ответвления.
n CH3—CH═CH—CH3 t°, p, кат. →
[ — C H C H3 — C H C H3 — ]n
Бутен-2 → Полибутен-2
📌 Кратко о применении полимеров:
  • Полиэтилен (ПЭ): Упаковочные пленки, фасовочные пакеты, пластиковые трубы, электроизоляция.
  • Полипропилен (ПП): Более жесткий пластик. Канаты, тросы, трубы, одноразовая посуда (для горячего).
♻️ Деполимеризация Обратный процесс: разрушение длинной цепи полимера до исходных мономеров при сильном нагревании (термическая деструкция). В рамках ЕГЭ саму реакцию писать не просят, но понятие нужно знать!
SVYAT | BIOCHEM
СВЯТОСЛАВ | SVYAT-BIOCHEM.RU | ЛИЧНАЯ СВЯЗЬ В TG: @TELLARUSG