Перегляд вихідного коду сторінки Алкени

[[File:Alkene General Formula V.1.svg|right|thumb|200px|Структурна формула алкенів]]

'''Алке́ни''' (заст. '''олефіни''') ({{lang-ru|алкены}}, {{lang-en|alkenes}}, {{lang-de|Alkene, Alkylene}})&nbsp;— [[ненасичені вуглеводні]], що мають загальну формулу '''C<sub>n</sub>H<sub>2n</sub>'''. Алкени характеризує наявність [[Подвійний зв'язок|подвійних зв'язків]] між [[атом]]ами [[вуглець|вуглецю]]; якщо подвійних зв'язків декілька, то такі сполуки називаються {{Не перекладено|Полієни|полієни|en|Polyene}}.

Алкени широко застосовуються для отримання [[полімер]]ів, а також для [[Хімічний синтез|синтезу]] похідних: [[дихлороетан]]у, [[Етиленгліколь|етиленгліколю]], [[Ізопропіловий спирт|ізопропілового спирту]], [[ацетон]]у, [[Акрилонітрил|акрилонітрилу]] й багатьох інших сполук, які мають велике значення.<ref name="Конкин">Конкин А. А., Зверев М.&nbsp;П.&nbsp;Полиолефиновые волокна, Изд.: «Химия», Москва, 1966. С.:280 (с.:13)</ref>

== Історія відкриття ==
Вперше етилен був отриманий в [[1669]] німецьким хіміком і лікарем [[Йоганн Йоахім Бехер|Бехером]] дією [[сірчана кислота|сірчаної кислоти]] на [[етанол]]. Вчений установив, що його «повітря» більш хімічно активне, ніж [[метан]]; однак, ідентифікувати отриманий газ він не зміг і назви йому не дав.<ref>{{cite web
 |author        = 
 |authorlink    = 
 |datepublished = 
 |url           = http://home.uic.tula.ru/~zanchem/ufackt/sluch/sl2.htm
 |title         = Случайные открытия. Этилен
 |format        = 
 |work          = Занимательная химия
 |publisher     = 
 |accessdate    = 
 |lang          = 
 |description   = 
 |deadurl       = yes
 |archiveurl    = https://web.archive.org/web/20070519040457/http://home.uic.tula.ru/~zanchem/ufackt/sluch/sl2.htm
 |archivedate   = 19 травень 2007
}}</ref>

Вдруге і тим же способом «повітря Бехера» було отримане й описане голандськими хіміками Дейманом, Потс-ван-Трооствіком, Бондом і Лауверенбургом в [[1795]]. Вони назвали його «маслородним газом», так як при взаємодії з [[хлор]]ом, він утворював маслянисту рідину&nbsp;— [[дихлороетан]] (про це стало відомо пізніше). 

Французький хімік [[Антуан Франсуа де Фуркруа|Антуан Фуркруа]] ввів у практику термін «олефіни» ({{Lang-fr|oléfiant}}&nbsp;— «маслородний»), а коли були виявлені інші вуглеводні такого ж типу, ця назва стала загальною для всього класу сполук.<ref>{{cite web
 |author        = 
 |authorlink    = 
 |datepublished = 
 |url           = http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/53bd0cec-afd6-4062-9f91-f8c44f770dc7/006.pdf
 |title         = Открытие этилена
 |format        = pdf
 |work          = Открытия в органической химии и биохимии
 |publisher     = Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов
 |accessdate    = 
 |lang          = 
 |description   = 
 |archiveurl    = https://www.webcitation.org/6HaBl3WMP?url=http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/53bd0cec-afd6-4062-9f91-f8c44f770dc7/006.pdf
 |archivedate   = 2013-06-23
 |deadurl       = no
}}</ref>

На початку XIX століття французький хімік [[Жозеф-Луї Гей-Люссак|Ж. Гей-Люссак]] встановив, що етанол складається з «маслородного газу» й води. Цей же газ він виявив і в хлористому етилі.<ref>Меншуткин Н. Очеркъ развитія химическихъ воззрҌній.&nbsp;— С-Петербургъ: Тип. В.Демакова, 1888.&nbsp;— С. 252—264.</ref> У 1828 році [[Дюма Жан Батист|Ж. Дюма]] і П. Булле припустили, що етилен являє собою основу, здатну давати солі подібно [[аміак|амоніак]]у. [[Єнс Якоб Берцеліус|Якоб Берцеліус]] прийняв цю ідею, назвавши сполуку «етеріном» і позначивши буквою '''E'''<ref>Фигуровский Н.&nbsp;А.&nbsp;История химии: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по хим. и биол. спец.&nbsp;— М.: Просвещение, 1979.&nbsp;— С. 102.</ref>.

Визначивши, що етилен складається з [[водень|водню]] й [[вуглець|вуглецю]], довгий час хіміки не могли визначити його справжню формулу. У 1848 році [[Адольф Вільгельм Герман Кольбе|Кольбе]] писав формулу етилену як '''С<sub>4</sub>Н<sub>4</sub>''', цієї ж думки дотримувався й [[Лібіх Юстус|Лібіх]]. [[Дюма Жан Батист|Ж. Дюма]] першим правильно визначив склад цієї речовини: '''С<sub>2</sub>НН<sub>3</sub>'''<ref>Меншуткин Н. Очеркъ развитія химическихъ воззрҌній.&nbsp;— С-Петербургъ: Тип. В.Демакова, 1888.&nbsp;— С. 252—264.</ref>.

== Будова ==
[[Файл:Carbono con hibridación sp2.png|міні|Атом карбону у sp<sup>2</sup>-гібридізації: три sp2-орбіталі лежать на одній площині під кутом 120<sup>о</sup>. Перпендикулярно їм розташована одна негібридна p-орбілать]]
Атоми вуглецю, що зв'язані подвійним зв'язком, знаходяться у стані sp<sup>2</sup>-[[Гібридизація орбіталей|гібридізації]]. Подвійний зв'язок складається з одного [[Сигма-зв'язок|σ-зв'язку]], що утворився внаслідок перекривання sp<sup>2</sup>-орбіталій, та одного [[Пі-зв'язок|π-зв'язку]], що утворився внаслідок перекривання негібридних [[Атомна орбіталь|p-орбіталей]].

Енергія зв'язку C=C дорівнює 615 кДж/моль, що є менше, ніж енергія зв'язку двох одинарних зв'язків (енергія зв'язку С-С = 334 кДж/моль). Це вказує на те, що π-зв'язок менш міцний, аніж σ-зв'язок. Довжина подвійного зв'язку C–C (0,133 нм) менша, ніж довжина одинарного зв'язку C–C (0,154 нм).

Обертання атомів, пов'язаних подвійним зв'язком, ускладнене; для уможливлення обертання π-зв'язок має бути спочатку розірвано. Це пояснює стабільність ''цис-'' і ''транс-''ізомерів: вони переходять одне в одного тільки при високій температурі або при фотохімічному збудженні (довжина електромагнітної хвилі зростає із кількістю кумульованих подвійних зв'язків, починаючи з [[Ультрафіолетове випромінювання|ультрафіолетового випромінювання]] для алкенів з одним подвійним зв'язком і закінчуючи випромінюванням з [[Світло|видимого діапазону]] для полієнів).

== Знаходження в природі й фізіологічна роль алкенів ==
У природі ациклічні алкени практично не зустрічаються<ref> У природі існує велика кількість сполук з подвійними зв'язками, наприклад [[терпени]] або [[каротиноїди]], однак їх відносять до окремих класів сполук та у цій статті вони не розглядаються. </ref>. Найпростіший представник цього класу органічних сполук&nbsp;— [[етилен|етилен (C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>)]]&nbsp;— є [[фітогормони|гормоном дозрівання плодів]] і в незначній кількості синтезується, наприклад, [[Цитрус|цитрусовими]].

Один з небагатьох природних алкенів&nbsp;— [[мускалур]] (''цис''-трикозен-9) є [[феромони|статевим атрактантом]] самки [[Кімнатна муха|кімнатної мухи]] (''Musca domestica'').

[[Файл:muskalur.png|Мускалур|676x676пкс]]

Функцію сприйняття світла в людському оці виконує білок [[родопсин]], що містить у собі зв'язану молекулу {{Неперекладена стаття|Ретиналь|11-''цис''-ретиналю|en|Retinal}}.<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/1020028162|title=Atkins' Physical chemistry|last=Atkins, P. W. (Peter William), 1940-|last2=Keeler, James,|edition=Eleventh edition|location=Oxford, United Kingdom|isbn=978-0-19-876986-6|oclc=1020028162}}</ref> При попаданні фотона світла на сітківку відбувається [[Ізомеризація|''цис/транс''-ізомеризація]] 11-''цис''-ретиналю до ''транс''-ретиналю; це запускає ланцюг біохімічних процесів, які називаються [[Зір|зором]].

Нижчі алкени у високих концентраціях володіють [[наркоз|наркотичним ефектом]]. Вищі члени ряду також викликають судоми й роздратування слизових оболонок дихальних шляхів<ref name="chemanalytica">{{cite web
 |author        = 
 |authorlink    = 
 |datepublished = 
 |url           = http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/11_radioaktivnye_veshchestva_vrednye_veshchestva_gigienicheskie_normativy/5171
 |title         = Вредные вещества. Непредельные углеводороды этиленового ряда (алкены)
 |format        = 
 |work          = Новый справочник химика и технолога
 |publisher     = Chemanalytica.com
 |accessdate    = 2009-07-22
 |lang          = 
 |description   = 
 |archiveurl    = https://www.webcitation.org/618JmX4xu?url=http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/11_radioaktivnye_veshchestva_vrednye_veshchestva_gigienicheskie_normativy/5171
 |archivedate   = 2011-08-22
 |deadurl       = no
}}</ref>.

Окремі представники:
* [[Етилен]]&nbsp;— викликає наркоз, володіє дратівливою і [[мутаген|мутагенною дією]].
* [[Пропілен]]&nbsp;— викликає наркоз (сильніше, ніж етилен), викликає загальнотоксичну і мутагенну дію.
* [[Бутени|Бутен-2]]&nbsp;— викликає наркоз, володіє дратівливою дією<ref name="chemanalytica" />.

== Фізичні властивості ==
Перші три члени ряду олефінів є газами, далі йдуть рідини, що не змішуються з водою; вищі олефіни&nbsp;— це тверді речовини. Зі збільшенням молекулярної маси підвищуються температури плавлення і кипіння. Алкени нормальної будови киплять при більш високій температурі, ніж їх ізомери, що мають ізобудову. Температури кипіння [[Цис–транс ізомерія|цис-ізомерів]] вище, ніж транс-ізомерів, а температури плавлення&nbsp;— навпаки, що пов'язане з більш вираженим [[Електричний дипольний момент|дипольним моментом]] перших.

{{Main article|Цис–транс ізомерія}}

Алкени погано розчиняються у воді (проте краще, ніж відповідні алкани), але добре&nbsp;— в органічних розчинниках.

{|class="wikitable"
 |Назва
 |Формула
 |Температура плавлення, °C
 |Температура кипіння, °C
 | d{{su|p=20|b=4}}
|Агрегатний стан 
при звичайній температурі
|-
 |[[Етилен]]
 |C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>
 | -169,1
 | -103,7
 | 0,5700
|Газ
|-
 |[[Пропен]] 
 |C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>
 | -187,6
 | -47,7
 | 0,5193
|Газ
|-
 |[[1-Бутен|Бутен-1]] 
 |C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>
 | -185,3
 | -6,3
 | 0,5951
|Газ
|-
 |[[Пентен-1]]
 |C<sub>5</sub>H<sub>10</sub>
 | -165,2
 | +30.1
 | 0,6405
|Рідина
|-
 |[[Гексен-1]]
 |C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>
 | -139,8
 | 63.5 
 | 0,6730
|Рідина
|-
 |[[Гептен-1]]
 |C<sub>7</sub>H<sub>14</sub>
 | -119
 | 93,6
 | 0,6970
|Рідина
|-
 |[[1-Октен|Октен-1]]
 |C<sub>8</sub>H<sub>16</sub>
 | -101,7
 | 121,3
 | 0,7140
|Тверда речовина
|-
 |[[Нонен-1]]
 |C<sub>9</sub>H<sub>18</sub>
 | -81,4
 | 146,8
 | 0,7290
|Тверда речовина
|}

== Хімічні властивості ==
Алкени більш хімічно активні, ніж [[алкани]], але менш активні, ніж [[алкіни]].

=== Реакції з галогенами ===
Алкени вступають у реакції електрофільного приєднання з [[Галогени|галогенами]]. Із [[Хлор|хлором]] та [[Бром|бромом]] вони реагують наступним чином:<ref>{{Cite book|url=http://worldcat.org/oclc/867050415|title=Organic chemistry|last=Clayden, Jonathan.|isbn=978-0-19-166621-6|oclc=867050415}}</ref>
[[Файл:Stereo-Add-Brom-Alken.png|центр|безрамки|260x260пкс]]

Ця реакція (на прикладі бромування) протікає у два етапи: 

#[[Молекулярна орбіталь#ВЗМО та НВМО|ВЗМО]] алкену взаємодіє з НВМО молекули галогену (яку також можна представити у вигляді [[Диполь|індукованого диполя]]), утворюючи катіон бромонію C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>Br<sup>+</sup> і бромід-аніон;
#Бромід-аніон атакує катіон бромонію за механізмом [[Реакції нуклеофільного заміщення|S<sub>N</sub>2]]:

<center>
{|
![[Файл:Alkene-bromine-addition-2D-skeletal.png|центр|безрамки|450x450пкс]]
![[Файл:Bromonium-backside-attack-2D-orbitals.png|центр|безрамки|229x229px|альт=]]
|}
</center>
[[Фтор]] є більш хімічно активним і тому реагує також із зв'язками С–Н і С–С, результуючи суміш різних [[Флуорорганічні сполуки|флуорорганічних сполук]]. З [[Йод|йодом]] алкени реагують важко.

=== Реакції з галогеноводнями ===
Також вступають у реакцію з водними розчинами [[Галогеноводні|галогеноводнів]]:

<chem>R-CH=CH2 + HCl -> R-CHCl-CH3</chem>

Ця реакція теж іде у два кроки:

# Спочатку [[Гідрон|протон]] приєднується до молекули алкену, утворюючи [[карбокатіон]];
#Карбокатіоновий інтермедіат реагує з галогенід-йоном, утворюючи кінцевий продукт: 

[[Файл:HBr-Addition.png|центр|безрамки|450x450пкс]]
Регіоселективність цієї реакції визначається '''правилом Марковникова'''; тобто, з двох можливих регіоізомерв переважно утворюється той, де атом галогену зв'язаний з тим атомом вуглецю, що має більше зв'язків C–C, бо саме в цій позиції відбувається краща стабілізаціякарбокатіонового інтермедіату.{{Main article|Правило Марковникова}}

==== У присутності органічних пероксидів ====
У присутності [[Пероксиди#Органічні пероксиди|органічних пероксидів]] приєднання галогеноводнів призводить до утворення '''''анти''-марковниковського''' продукту:

<chem>CH3-CH=CH2 + HBr ->[ROOR] CH3-CH2-CH2-Br</chem>

:1. Спочатку бромоводень розпадається на радикали:

::<chem>HBr ->[ROOR] H{.}+ Br{.} </chem>

:2. Радикал брома, що утворився, приєднується до алкену, утворюючи карборадикал:

::<chem>CH3-CH-CH2 + Br{.} ->[ROOR] CH3-CH^{.}-CH2-Br</chem>

:3. Цей карборадикал взаємодіє з новою молекулою бромоводню:

::<chem>CH3-CH^{.}-CH2-Br + HBr ->[ROOR] CH3-CH2-CH2-Br + Br{.}</chem>

Радикал брому, який утворився, взаємодіє з новою молекулою алкену і цикл повторюється; такі реакції називаються [[Ланцюгова реакція|ланцюговими]].

=== Каталітичне відновлення воднем ===
При взаємодії алкенів з [[Водень|воднем]] у присутності деяких ''d''-елементів (напр. [[нікель]], [[паладій]] або [[платина]]) утворюються [[алкани]]:

<chem>R-CH=CH-R + H2 ->[Ni] R-CH2-CH2-R</chem>

=== Реакції з водою ===
Реакції алкенів з [[Вода|водою]] відбуваються в кислотному середовищі (зазвичай, це розбавлені розчини [[Сульфатна кислота|сульфатної]] або [[Нітратна кислота|нітратної]] кислоти):

<chem>H2C-CH=CH2 + H2O ->[H+] H3C-CH(OH)-CH3</chem>

Механізм реакції ідентичний до механізму реакції з галогеноводнями й також переважно результує '''марковниковські продукти''':

::<chem>H2C=CH-CH3 + H+ -> H3C-CH+-CH3</chem>

::<chem>CH3-CH+-CH3 + H2O -> CH3-CH(O+H2)-CH3</chem>

::<chem>CH3-CH(O+H2)-CH3 -> CH3-CH(OH)-CH3 + H+</chem>

=== Реакції з сульфатною кислотою ===
Алкени вступають у реакцію із сульфатною кислотою з утворенням алкілгідросульфатів:

<chem>CH2=CH2 + H2SO4 -> CH3-CH2-O-S(O)2OH</chem>

=== Окиснення ===

==== Окиснення перманганатом калію ====
При окисненні алкенів гарячим розчином [[перманганат калію|перманганату калію]] (альтернативно можуть бути використані [[нітратна кислота]] або [[дихромат калію]]) відбувається розрив подвійного зв'язку; продуктами реакції є [[Альдегіди|альдегід]]/[[Кетони|кетон]] і [[Карбонові кислоти|карбонова кислота]]:

<chem>CH3-C(CH3)=CH-CH3 ->[KMnO_4][\Delta] CH3-C(O)CH3 + HOOC-CH3</chem>

У випадку термінальних алкенів замість кислоти утворюється [[діоксид вуглецю]]:

<chem>R-CH=CH2 ->[KMnO_4][\Delta] R-CHO + CO2 + H2O</chem>

У цій реакції [[Фіолетовий колір|фіолетовий]] перманганат перетворюється на бурий нерозчинний [[оксид марганцю(IV)]],  тому окиснення перманганатом може бути застосоване як [[якісна реакція]] на [[подвійний зв'язок]].

Окиснення можна зупинити на стадії віцінального діолу, якщо використовувати холодний розчин перманганату калію:

<chem>R-HC=CH-R ->[KMnO_4] R-HC(OH)-CH(OH)-R</chem>

Однак, більш надійним є застосування тетраоксиду осмію.

==== Віцінальне ''син''-дигідроксилювання ====
Окиснення перманганатом можна зупинити на стадії віцінального діолу, якщо використовувати холодний розчин перманганату калію:

<chem>R-HC=CH-R ->[KMnO_4] R-HC(OH)-CH(OH)-R</chem>

Однак, більш надійним є застосування тетраоксиду осмію:

<chem>R2C=CR2 ->[1. OsO_4, THF, 25^oC][2. NaHSO_3] R2C(OH)-C(OH)R2</chem>

{{Main article|Дигідроксилювання}}

===== Озоноліз =====
Окиснення [[Озон|озоном]] призводить до розриву подвійного зв'язку й утворення [[озоніди|озонідів]]. При подальшому відновленні озонідів утворюються [[Альдегіди|альдегід]] та/або [[Кетони|кетон]], за якими можна визначити алкен.

{{Main article|Озоноліз}}

===Алкен-галооксимне перетворення===
(alkene-halooxime transformation)

Перетворення алкенів у галооксими типу >C=CH<sup>–</sup> → >CCl–C(=NOH)<sup>–</sup>

== Отримання ==
Нижчі представники алкенів (наприклад, [[етилен]] і [[пропілен]]) отримують з фракцій при [[крекінг]]у [[нафта|нафти]]. 

В [[Органічний синтез|органічному синтезі]] для отримання олефінів широко застосовуються '''реакції олефінування''', в результаті яких утворюється новий [[Пі-зв'язок|подвійний зв'язок]] за рахунок взаємодії карбонільної сполуки ([[Альдегіди|альдегіду]] або [[Кетони|кетону]]) з [[карбаніон]]ом або його еквівалентом. Найвідомішою серед реакцій олефінування є [[реакція Віттіга]]. Також широко застосовуються [[Реакція Жуліа|реакції Жуліа]], [[Реакція Хорнера — Водсворта — Еммонса|Хорнера-Водсворта-Еммонса]], [[Олефінування Петерсона|Петерсона]].

Алкени також можуть бути отримані при реакції «обміну» олефінів&nbsp;— [[Реакції обміну|реакція метатезису]].

Алкени можна отримати за допомогою дегідрогенізації [[Алкани|алканів]]. Реакція іде при нагріванні з [[Хром(III) оксид|оксидом хрому(|||)]].

<chem>R-CH2-CH2-R ->[t, Cr_2O_3] R-CH=CH-R + H2 </chem>

Також можуть бути отримані за допомогою дегідрації одноатомних [[Спирти|спиртів]] при нагріванні у [[Сульфатна кислота|сульфатній кислоті]]:

<chem>R-CH(OH)-CH2-R ->[t, H_2SO_4] R-CH=CH-R + H2O</chem>

Можуть бути отримані [[Дегідрогалогенування|дегідрогалогенуванням]] [[Галогеноалкани|галогеналканів]]:

<chem>R-CHCl-CH2-R + KOH ->[t, C_2H_5OH] R-CH=CH-R + KCl + H2O</chem>

[[Дегалогенування]] галогеналканів з двома атомами галогену:   

<chem>R-CHBr-CHBr-R + Zn -> R-CH=CH-R + ZnBr2</chem>

Ще можуть бути отримані відновленням [[Алкіни|алкінів]]:

<chem>R-C#C-R + H2 ->[Pd] R-CH=CH=R</chem>

== Див. також ==
* [[Алкенілювання]]
* [[Гетероалкени]]
* [[Поліолефіни]]
* [[Реакція Рамберга — Беклунда]]
* [[Бітвінанени]]
* [[Алкен (значення){{!}}Алкен]]

== Примітки ==
{{примітки}}

== Джерела ==
* {{Глосарій термінів з хімії}}
* Дмитрий Григорьевич Кузнецов  Органическая химия 13358K, 556 с. издание 2016 г.
*Vollhardt, Kurt Peter C. 1946-. ''Organic chemistry : structure and function'' (вид. Eighth edition). New York, NY. [[ISBN]] [[Спеціальна:Джерела книг/978-1-319-18771-2|978-1-319-18771-2]]. [[Online Computer Library Center|OCLC]] 1026984759.
*''О. Я. Нейланд.'' Органическая химия. — <abbr>М.</abbr>: Высшая школа, 1990. — 751 с. — 35 000 экз. — [[Спеціальна:Джерела книг|ISBN 5-06-001471-1]].

{{Алкени}}
{{Вуглеводні}}
{{Органічні сполуки}}

[[Категорія:Алкени|*]]