HYDROCARBURES INSATURES OU INSATURES DE LA SERIE ETHYLENE

(ALCÈNES OU OLÉFINES)

Alcènes, ou oléfines(du latin oléfiant - huile - un nom ancien, mais largement utilisé dans la littérature chimique. La raison de ce nom était le chlorure d'éthylène, obtenu au XVIIIe siècle, est une substance liquide et huileuse.) - hydrocarbures aliphatiques insaturés, dans les molécules desquels il existe une double liaison entre les atomes de carbone.

Les alcènes contiennent moins d'atomes d'hydrogène dans leur molécule que leurs alcanes correspondants (avec le même nombre d'atomes de carbone), c'est pourquoi ces hydrocarbures sont appelés illimité ou insaturé.

Les alcènes forment une série homologue de formule générale CnH2n

1. Série homologue d'alcènes

Homologues :

AVECH 2 = CH 2 éthène

AVECH 2 = CH- CH 3 propène

AVECH 2 =CH-CH 2 -CH 3butène-1

AVECH 2 =CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 penténe-1

2. Propriétés physiques

L'éthylène (éthène) est un gaz incolore avec une très légère odeur sucrée, légèrement plus léger que l'air, légèrement soluble dans l'eau.

C 2 – C 4 (gaz)

C 5 – C 17 (liquides)

C 18 – (solide)

· Les alcènes sont insolubles dans l'eau, solubles dans les solvants organiques (essence, benzène, etc.)

Plus léger que l'eau

Avec l'augmentation de Mr, les points de fusion et d'ébullition augmentent

3. L'alcène le plus simple est éthylène - C2H4

Les formules structurelles et électroniques de l'éthylène sont :

Dans la molécule d'éthylène, on subit une hybridation s- et deux p-orbitales d'atomes de carbone ( sp 2-hybridation).

Ainsi, chaque atome C possède trois orbitales hybrides et une orbitale non hybride. p-orbitales. Deux des orbitales hybrides des atomes de carbone se chevauchent mutuellement et se forment entre les atomes de carbone.

σ - liaison. Les quatre orbitales hybrides restantes des atomes C se chevauchent dans le même plan avec quatre s-orbitales d'atomes H et forment également quatre liaisons σ -. Deux non hybrides p-les orbitales des atomes de C se chevauchent mutuellement dans un plan situé perpendiculairement au plan de la liaison σ, c'est-à-dire on est formé P.- connexion.

Par nature P.- la connexion est très différente de σ - la connexion ; P.- la liaison est moins forte du fait du chevauchement des nuages ​​d'électrons en dehors du plan de la molécule. Sous l'influence de réactifs P.- la connexion se rompt facilement.

La molécule d'éthylène est symétrique ; les noyaux de tous les atomes sont situés dans le même plan et les angles de liaison sont proches de 120° ; la distance entre les centres des atomes de C est de 0,134 nm.

Si les atomes sont reliés par une double liaison, alors leur rotation est impossible sans nuages ​​​​d'électrons P.- la connexion n'a pas été ouverte.

4. Isomérie des alcènes

Avec isomérie structurelle du squelette carboné Les alcènes se caractérisent, premièrement, par d'autres types d'isomérie structurelle - isomérie à positions multiples Et isomérie interclasse.

Deuxièmement, dans la série des alcènes, il y a isomérie spatiale , associé à différentes positions des substituants par rapport à la double liaison, autour de laquelle la rotation intramoléculaire est impossible.

Isomérie structurale des alcènes

1. Isomérie du squelette carboné (à partir de C 4 H 8) :

2. Isomérie de la position de la double liaison (à partir de C 4 H 8) :

3. Isomérie interclasse avec les cycloalcanes, commençant par C 3 H 6 :

Isomérie spatiale des alcènes

La rotation des atomes autour d’une double liaison est impossible sans la rompre. Cela est dû aux caractéristiques structurelles de la liaison p (le nuage d'électrons p est concentré au-dessus et au-dessous du plan de la molécule). En raison de la fixation rigide des atomes, l’isomérie rotationnelle par rapport à la double liaison n’apparaît pas. Mais cela devient possible cis-transe-isomérie.

Les alcènes, qui ont des substituants différents sur chacun des deux atomes de carbone au niveau de la double liaison, peuvent exister sous la forme de deux isomères spatiaux, différant par l'emplacement des substituants par rapport au plan de la liaison p. Donc, dans la molécule butène-2 CH3 –CH=CH–CH3 Les groupes CH 3 peuvent être situés soit d'un côté de la double liaison dans cis-isomère, ou sur les côtés opposés dans transe-isomère.

ATTENTION! cis-trans- L'isomérie n'apparaît pas si au moins un des atomes de carbone de la double liaison possède 2 substituants identiques.

Par exemple,

butène-1 CH2 = CH – CH2 – CH3 n'a pas cis- Et transe-isomères, parce que Le 1er atome de C est lié à deux atomes d’H identiques.

Isomères cis- Et transe- diffèrent non seulement physiquement

mais aussi des propriétés chimiques, car rapprocher ou éloigner les parties d’une molécule les unes des autres dans l’espace favorise ou entrave l’interaction chimique.

Parfois cis-trans-l'isomérie n'est pas appelée avec précision isomérie géométrique. L'inexactitude est que Tous les isomères spatiaux diffèrent par leur géométrie, et pas seulement cis- Et transe-.

5. Nomenclature

Les alcènes de structure simple sont souvent nommés en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes par -ylène : éthane - éthylène, propane - propylène, etc.

Selon la nomenclature systématique, les noms des hydrocarbures éthyléniques sont obtenus en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes correspondants par le suffixe -ène (alcane - alcène, éthane - éthène, propane - propène, etc.). Le choix de la chaîne principale et l'ordre de dénomination sont les mêmes que pour les alcanes. Cependant, la chaîne doit nécessairement comporter une double liaison. La numérotation de la chaîne commence à partir de l'extrémité à laquelle cette connexion est la plus proche. Par exemple:

Les radicaux insaturés (alcènes) sont appelés par des noms triviaux ou par une nomenclature systématique :

(H 2 C=CH-)vinyle ou éthényle

(H 2 C=CH-CH 2) allyle

Les propriétés physiques des alcènes sont similaires à celles des alcanes, bien qu'ils aient tous des points de fusion et d'ébullition légèrement inférieurs à ceux des alcanes correspondants. Par exemple, le pentane a un point d'ébullition de 36 °C et le pentène-1 de 30 °C. Dans des conditions normales, les alcènes C 2 - C 4 sont des gaz. C 5 – C 15 sont des liquides, à partir de C 16 sont des solides. Les alcènes sont insolubles dans l'eau mais hautement solubles dans les solvants organiques.

Les alcènes sont rares dans la nature. Les alcènes étant des matières premières précieuses pour la synthèse organique industrielle, de nombreuses méthodes pour leur préparation ont été développées.

1. La principale source industrielle d'alcènes est le craquage des alcanes qui composent le pétrole :

3. Dans des conditions de laboratoire, les alcènes sont obtenus par des réactions d'élimination, dans lesquelles deux atomes ou deux groupes d'atomes sont éliminés des atomes de carbone voisins et une liaison p supplémentaire est formée. Ces réactions sont les suivantes.

1) La déshydratation des alcools se produit lorsqu'ils sont chauffés avec des agents déshydratants, par exemple avec de l'acide sulfurique à des températures supérieures à 150°C :

Lorsque H 2 O est éliminé des alcools, HBr et HCl des halogénures d'alkyle, l'atome d'hydrogène est préférentiellement éliminé de celui des atomes de carbone voisins qui est lié au plus petit nombre d'atomes d'hydrogène (de l'atome de carbone le moins hydrogéné). Ce modèle est appelé la règle de Zaitsev.

3) La déshalogénation se produit lorsque des dihalogénures comportant des atomes d'halogène sur des atomes de carbone adjacents sont chauffés avec des métaux actifs :

CH 2 Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 =CH-CH 3 + Mg Br 2.

Les propriétés chimiques des alcènes sont déterminées par la présence d'une double liaison dans leurs molécules. La densité électronique de la liaison p est assez mobile et réagit facilement avec les particules électrophiles. Par conséquent, de nombreuses réactions des alcènes se déroulent selon le mécanisme addition électrophile, désigné par le symbole A E (de l'anglais, addition électrophile). Les réactions d'addition électrophile sont des processus ioniques qui se déroulent en plusieurs étapes.

Dans la première étape, une particule électrophile (le plus souvent un proton H +) interagit avec les électrons p de la double liaison et forme un complexe p, qui est ensuite converti en carbocation en formant une liaison s covalente entre la particule électrophile et l'un des atomes de carbone :

carbocation du complexe p d'alcène

Dans la deuxième étape, le carbocation réagit avec l'anion X, formant une deuxième liaison S en raison de la paire électronique de l'anion :

Dans les réactions d’addition électrophiles, un ion hydrogène se fixe à l’atome de carbone au niveau de la double liaison qui a une charge négative plus élevée. La distribution des charges est déterminée par le changement de densité des électrons p sous l'influence des substituants : .

Les substituants donneurs d'électrons présentant l'effet +I déplacent la densité d'électrons p vers un atome de carbone plus hydrogéné et créent une charge partielle négative sur celui-ci. Ceci explique La règle de Markovnikov: lors de l'ajout de molécules polaires comme HX (X = Hal, OH, CN, etc.) à des alcènes asymétriques, l'hydrogène s'attache préférentiellement à l'atome de carbone le plus hydrogéné au niveau de la double liaison.

Examinons des exemples spécifiques de réactions d'addition.

1) Hydrohalogénation. Lorsque les alcènes interagissent avec les halogénures d'hydrogène (HCl, HBr), des halogénures d'alkyle se forment :

CH 3 -CH = CH 2 + HBr® CH 3 -CHBr-CH 3 .

Les produits de réaction sont déterminés par la règle de Markovnikov.

Il convient cependant de souligner qu'en présence de tout peroxyde organique, les molécules polaires HX ne réagissent pas avec les alcènes selon la règle de Markovnikov :

Cela est dû au fait que la présence de peroxyde détermine le mécanisme radicalaire plutôt qu’ionique de la réaction.

2) Hydratation. Lorsque les alcènes réagissent avec l'eau en présence d'acides minéraux (sulfurique, phosphorique), des alcools se forment. Les acides minéraux agissent comme des catalyseurs et sont des sources de protons. L’ajout d’eau suit également la règle de Markovnikov :

CH 3 -CH = CH 2 + HON® CH 3 -CH (OH) -CH 3 .

3) Halogénation. Les alcènes décolorent l'eau bromée :

CH 2 = CH 2 + Br 2 ® B-CH 2 -CH 2 Br.

Cette réaction est qualitative pour une double liaison.

4) Hydrogénation. L'ajout d'hydrogène se produit sous l'action de catalyseurs métalliques :

où R = H, CH 3, Cl, C 6 H 5, etc. La molécule CH 2 =CHR est appelée monomère, le composé résultant est appelé polymère, le nombre n est le degré de polymérisation.

La polymérisation de divers dérivés d'alcènes produit des produits industriels précieux : polyéthylène, polypropylène, polychlorure de vinyle et autres.

En plus de l'addition, les alcènes subissent également des réactions d'oxydation. Lors de l'oxydation douce des alcènes avec une solution aqueuse de permanganate de potassium (réaction de Wagner), des alcools dihydriques se forment :

ZSN 2 =CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOSN 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

À la suite de cette réaction, la solution violette de permanganate de potassium se décolore rapidement et un précipité brun d'oxyde de manganèse (IV) précipite. Cette réaction, comme la réaction de décoloration de l'eau bromée, est qualitative pour une double liaison. Lors de l'oxydation sévère des alcènes avec une solution bouillante de permanganate de potassium en milieu acide, la double liaison est complètement rompue avec formation de cétones, d'acides carboxyliques ou de CO 2, par exemple :

Sur la base des produits d'oxydation, la position de la double liaison dans l'alcène d'origine peut être déterminée.

Comme tous les autres hydrocarbures, les alcènes brûlent et, avec beaucoup d'air, forment du dioxyde de carbone et de l'eau :

C n H 2 n + Zn /2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Lorsque l'air est limité, la combustion des alcènes peut conduire à la formation de monoxyde de carbone et d'eau :

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Si vous mélangez un alcène avec de l'oxygène et faites passer ce mélange sur un catalyseur à l'argent chauffé à 200°C, un oxyde d'alcène (époxyalcane) se forme, par exemple :

À n'importe quelle température, les alcènes sont oxydés par l'ozone (l'ozone est un agent oxydant plus puissant que l'oxygène). Si l'ozone gazeux traverse une solution d'un alcène dans le tétrachlorure de méthane à des températures inférieures à la température ambiante, une réaction d'addition se produit et les ozonides correspondants (peroxydes cycliques) se forment. Les ozonides sont très instables et peuvent exploser facilement. Par conséquent, ils ne sont généralement pas isolés, mais immédiatement après la production, ils sont décomposés avec de l'eau - cela produit des composés carbonylés (aldéhydes ou cétones), dont la structure indique la structure de l'alcène soumis à l'ozonation.

Les alcènes inférieurs sont des matières premières importantes pour la synthèse organique industrielle. L'alcool éthylique, le polyéthylène et le polystyrène sont produits à partir de l'éthylène. Le propène est utilisé pour la synthèse du polypropylène, du phénol, de l'acétone et de la glycérine.

HYDROCARBURES INSATURES OU INSATURES DE LA SERIE ETHYLENE (ALCENES OU OLEFINES)

Alcènes, ou oléfines(du latin oléfiant - huile - un nom ancien, mais largement utilisé dans la littérature chimique. La raison de ce nom était le chlorure d'éthylène, obtenu au XVIIIe siècle, est une substance liquide et huileuse.) - hydrocarbures aliphatiques insaturés, dans les molécules desquels il existe une double liaison entre les atomes de carbone.

Les alcènes forment une série homologue de formule générale CnH2n

1. Série homologue d'alcènes

Homologues :

AVECH2 = CH2 éthène

AVECH2 = CH- CH3 propène

AVECH2=CH-CH2-CH3butène-1

AVECH2=CH-CH2-CH2-CH3 penténe-1

2. Propriétés physiques

L'éthylène (éthène) est un gaz incolore avec une très légère odeur sucrée, légèrement plus léger que l'air, légèrement soluble dans l'eau.

C2 - C4 (gaz)

C5 - C17 (liquides)

C18 - (solide)

· Les alcènes sont insolubles dans l'eau, solubles dans les solvants organiques (essence, benzène, etc.)

Plus léger que l'eau

Avec l'augmentation de Mr, les points de fusion et d'ébullition augmentent

3. L'alcène le plus simple est éthylène - C2H4

Les formules structurelles et électroniques de l'éthylène sont :

Dans la molécule d'éthylène, on subit une hybridation s- et deux p-orbitales d'atomes de carbone ( sp 2-hybridation).

Ainsi, chaque atome C possède trois orbitales hybrides et une orbitale non hybride. p-orbitales. Deux des orbitales hybrides des atomes de carbone se chevauchent mutuellement et se forment entre les atomes de carbone.

σ - liaison. Les quatre orbitales hybrides restantes des atomes C se chevauchent dans le même plan avec quatre s-orbitales d'atomes H et forment également quatre liaisons σ -. Deux non hybrides p-les orbitales des atomes de C se chevauchent mutuellement dans un plan situé perpendiculairement au plan de la liaison σ, c'est-à-dire on est formé P.- connexion.

Par nature P.- la connexion est très différente de σ - la connexion ; P.- la liaison est moins forte du fait du chevauchement des nuages ​​d'électrons en dehors du plan de la molécule. Sous l'influence de réactifs P.- la connexion se rompt facilement.

La molécule d'éthylène est symétrique ; les noyaux de tous les atomes sont situés dans le même plan et les angles de liaison sont proches de 120° ; la distance entre les centres des atomes de C est de 0,134 nm.

Si les atomes sont reliés par une double liaison, alors leur rotation est impossible sans nuages ​​​​d'électrons P.- la connexion n'a pas été ouverte.

4. Isomérie des alcènes

Avec isomérie structurelle du squelette carboné Les alcènes se caractérisent, premièrement, par d'autres types d'isomérie structurelle - isomérie à positions multiples Et isomérie interclasse.

Deuxièmement, dans la série des alcènes, il y a isomérie spatiale , associé à différentes positions des substituants par rapport à la double liaison, autour de laquelle la rotation intramoléculaire est impossible.

Isomérie structurale des alcènes

1. Isomérie du squelette carboné (à partir de C4H8) :

2. Isomérie de la position de la double liaison (à partir de C4H8) :

3. Isomérie interclasse avec les cycloalcanes, commençant par C3H6 :

Isomérie spatiale des alcènes

La rotation des atomes autour d’une double liaison est impossible sans la rompre. Cela est dû aux caractéristiques structurelles de la liaison p (le nuage d'électrons p est concentré au-dessus et au-dessous du plan de la molécule). En raison de la fixation rigide des atomes, l’isomérie rotationnelle par rapport à la double liaison n’apparaît pas. Mais cela devient possible cis-transe-isomérie.

Les alcènes, qui ont des substituants différents sur chacun des deux atomes de carbone au niveau de la double liaison, peuvent exister sous la forme de deux isomères spatiaux, différant par l'emplacement des substituants par rapport au plan de la liaison p. Donc, dans la molécule butène-2 CH3-CH=CH-CH3 Les groupes CH3 peuvent être situés soit d'un côté de la double liaison dans cis-isomère, ou sur les côtés opposés dans transe-isomère.

ATTENTION! cis-trans- L'isomérie n'apparaît pas si au moins un des atomes de carbone de la double liaison possède 2 substituants identiques.

Par exemple,

butène-1 CH2=CH-CH2-CH3 n'a pas cis- Et transe-isomères, parce que Le 1er atome de C est lié à deux atomes d’H identiques.

Isomères cis- Et transe- diffèrent non seulement physiquement

,

mais aussi des propriétés chimiques, car rapprocher ou éloigner les parties d’une molécule les unes des autres dans l’espace favorise ou entrave l’interaction chimique.

Parfois cis-trans-l'isomérie n'est pas appelée avec précision isomérie géométrique. L'inexactitude est que Tous les isomères spatiaux diffèrent par leur géométrie, et pas seulement cis- Et transe-.

5. Nomenclature

Les alcènes de structure simple sont souvent nommés en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes par -ylène : éthane - éthylène, propane - propylène, etc.

Selon la nomenclature systématique, les noms des hydrocarbures éthyléniques sont obtenus en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes correspondants par le suffixe -ène (alcane - alcène, éthane - éthène, propane - propène, etc.). Le choix de la chaîne principale et l'ordre de dénomination sont les mêmes que pour les alcanes. Cependant, la chaîne doit nécessairement comporter une double liaison. La numérotation de la chaîne commence à partir de l'extrémité à laquelle cette connexion est la plus proche. Par exemple:

Les radicaux insaturés (alcènes) sont appelés par des noms triviaux ou par une nomenclature systématique :

(H2C=CH—) vinyle ou éthényle

(H2C=CH—CH2) allyle

L'alcène le plus simple est l'éthène C 2 H 4. Selon la nomenclature IUPAC, les noms des alcènes sont formés à partir des noms des alcanes correspondants en remplaçant le suffixe « -ane » par « -ene » ; La position de la double liaison est indiquée par un chiffre arabe.

Structure spatiale de l'éthylène

Du nom du premier représentant de cette série - l'éthylène - ces hydrocarbures sont appelés éthylène.

Nomenclature et isomérie

Nomenclature

Les alcènes de structure simple sont souvent nommés en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes par -ylène : éthane - éthylène, propane - propylène, etc.

Selon la nomenclature systématique, les noms des hydrocarbures éthyléniques sont obtenus en remplaçant le suffixe -ane dans les alcanes correspondants par le suffixe -ène (alcane - alcène, éthane - éthène, propane - propène, etc.). Le choix de la chaîne principale et l'ordre de dénomination sont les mêmes que pour les alcanes. Cependant, la chaîne doit nécessairement comporter une double liaison. La numérotation de la chaîne commence à partir de l'extrémité à laquelle cette connexion est la plus proche. Par exemple:

Parfois, des noms rationnels sont également utilisés. Dans ce cas, tous les hydrocarbures alcènes sont considérés comme de l'éthylène substitué :

Les radicaux insaturés (alcènes) sont appelés par des noms triviaux ou par une nomenclature systématique :

H 2 C = CH - - vinyle (éthényle)

H 2 C = CH - CH 2 - -allyle (propényl-2)

Isomérie

Les alcènes sont caractérisés par deux types d'isomérie structurelle. En plus de l'isomérie liée à la structure du squelette carboné (comme dans les alcanes), l'isomérie apparaît en fonction de la position de la double liaison dans la chaîne. Cela conduit à une augmentation du nombre d'isomères dans la série des alcènes.

Les deux premiers membres de la série homologue des alcènes - (éthylène et propylène) - n'ont pas d'isomères et leur structure peut s'exprimer comme suit :

H 2 C = CH 2 éthylène (éthène)

H 2 C = CH - CH 3 propylène (propène)

Isomérie de positions d'obligations multiples

H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 butène-1

H 3 C - CH = CH - CH 3 butène-2

Isomérie géométrique - cis-, trans-isomérie.

Cette isomérie est typique des composés à double liaison.

Si une simple liaison σ permet une rotation libre des maillons individuels de la chaîne carbonée autour de son axe, alors une telle rotation ne se produit pas autour d'une double liaison. C'est la raison de l'apparition des formes géométriques ( cis-, trans-) isomères.

L'isomérie géométrique est l'un des types d'isomérie spatiale.

Les isomères dans lesquels les mêmes substituants (sur des atomes de carbone différents) sont situés d'un côté de la double liaison sont appelés isomères cis, et du côté opposé - isomères trans :

Cis- Et transe- les isomères diffèrent non seulement par leur structure spatiale, mais également par de nombreuses propriétés physiques et chimiques. Transe- les isomères sont plus stables que cis- isomères.

Préparation d'alcènes

Les alcènes sont rares dans la nature. Typiquement, les alcènes gazeux (éthylène, propylène, butylènes) sont isolés des gaz de raffinage du pétrole (lors du craquage) ou des gaz associés, ainsi que des gaz de cokéfaction du charbon.

Dans l'industrie, les alcènes sont obtenus par déshydrogénation d'alcanes en présence d'un catalyseur (Cr 2 O 3).

Déshydrogénation des alcanes

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (butène-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH = CH - CH 3 + H 2 (butène-2)

Parmi les méthodes de production en laboratoire, on peut noter :

1. Élimination de l'halogénure d'hydrogène des halogénures d'alkyle sous l'action d'une solution alcoolique alcaline sur ceux-ci :

2. Hydrogénation de l'acétylène en présence d'un catalyseur (Pd) :

H-C ≡ CH + H 2 → H 2 C = CH 2

3. Déshydratation des alcools (élimination de l'eau).
Les acides (sulfurique ou phosphorique) ou Al 2 O 3 sont utilisés comme catalyseur :

Dans de telles réactions, l’hydrogène est séparé de l’atome de carbone le moins hydrogéné (avec le plus petit nombre d’atomes d’hydrogène) (règle d’A.M. Zaitsev) :

Propriétés physiques

Les propriétés physiques de certains alcènes sont présentées dans le tableau ci-dessous. Les trois premiers représentants de la série homologue des alcènes (éthylène, propylène et butylène) sont des gaz, à partir de C 5 H 10 (amylène ou pentène-1) sont des liquides, et avec C 18 H 36 sont des solides. À mesure que le poids moléculaire augmente, les points de fusion et d’ébullition augmentent. Les alcènes de structure normale bout à une température plus élevée que leurs isomères, qui ont une structure iso. Points d'ébullition cis-isomères supérieurs à transe-isomères, et les points de fusion sont opposés.

Les alcènes sont peu solubles dans l'eau (mais mieux que les alcanes correspondants), mais bien solubles dans les solvants organiques. L'éthylène et le propylène brûlent avec une flamme enfumée.

Propriétés physiques de certains alcènes

Les alcènes sont légèrement polaires, mais facilement polarisés.

Propriétés chimiques

Les alcènes sont très réactifs. Leurs propriétés chimiques sont déterminées principalement par la double liaison carbone-carbone.

La liaison π, étant la moins forte et la plus accessible, est rompue par l'action du réactif, et les valences libérées des atomes de carbone sont consacrées à la fixation des atomes qui composent la molécule du réactif. Cela peut être représenté sous forme de diagramme :

Ainsi, lors des réactions d'addition, la double liaison est rompue comme de moitié (la liaison σ restant).

En plus de l'addition, les alcènes subissent également des réactions d'oxydation et de polymérisation.

Réactions d'addition

Le plus souvent, les réactions d'addition se déroulent selon le type hétérolytique, c'est-à-dire les réactions d'addition électrophiles.

1. Hydrogénation (ajout d'hydrogène). Les alcènes, ajoutant de l'hydrogène en présence de catalyseurs (Pt, Pd, Ni), se transforment en hydrocarbures saturés - alcanes :

H 2 C = CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (éthane)

2. Halogénation (ajout d'halogènes). Les halogènes s'ajoutent facilement au site de clivage de la double liaison pour former des dérivés dihalogènes :

H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dichloroéthane)

L'ajout de chlore et de brome est plus facile et l'iode est plus difficile. Le fluor réagit de manière explosive avec les alcènes, ainsi qu'avec les alcanes.

Comparez : dans les alcènes, la réaction d'halogénation est un processus d'addition et non de substitution (comme dans les alcanes).

La réaction d'halogénation est généralement réalisée dans un solvant à température ordinaire.

L’ajout de brome et de chlore aux alcènes se produit par un mécanisme ionique plutôt que radical. Cette conclusion découle du fait que le taux d'addition d'halogène ne dépend pas de l'irradiation, de la présence d'oxygène et d'autres réactifs qui déclenchent ou inhibent les processus radicalaires. Sur la base d'un grand nombre de données expérimentales, un mécanisme a été proposé pour cette réaction, comprenant plusieurs étapes séquentielles. Au premier stade, la polarisation de la molécule halogène se produit sous l'action des électrons de la liaison π. L'atome d'halogène, qui acquiert une certaine charge positive fractionnaire, forme un intermédiaire instable avec les électrons de la liaison π, appelé complexe π ou complexe de transfert de charge. Il convient de noter que dans le complexe π, l’halogène ne forme pas de liaison directionnelle avec un atome de carbone spécifique ; Dans ce complexe, l'interaction donneur-accepteur de la paire électronique de la liaison π en tant que donneur et de l'halogène en tant qu'accepteur est simplement réalisée.

Le complexe π se transforme ensuite en un ion bromonium cyclique. Lors de la formation de ce cation cyclique, un clivage hétérolytique de la liaison Br-Br se produit et un vide r-l'orbitale sp 2 de l'atome de carbone hybridé chevauche r-orbitale de la « paire isolée » d’électrons de l’atome d’halogène, formant un ion bromonium cyclique.

Dans la dernière et troisième étape, l'anion brome, en tant qu'agent nucléophile, attaque l'un des atomes de carbone de l'ion bromonium. L'attaque nucléophile de l'ion bromure conduit à l'ouverture du cycle à trois chaînons et à la formation d'un dibromure vicinal ( victime-près). Cette étape peut formellement être considérée comme une substitution nucléophile de SN 2 au niveau de l'atome de carbone, où le groupe partant est Br +.

Le résultat de cette réaction n’est pas difficile à prévoir : l’anion brome attaque le carbocation pour former du dibromoéthane.

La décoloration rapide d'une solution de brome dans CCl4 constitue l'un des tests d'insaturation les plus simples, car les alcènes, les alcynes et les diènes réagissent rapidement avec le brome.

L'ajout de brome aux alcènes (réaction de bromation) est une réaction qualitative aux hydrocarbures saturés.

Lorsque des hydrocarbures insaturés passent dans de l'eau bromée (une solution de brome dans l'eau), la couleur jaune disparaît (dans le cas des hydrocarbures saturés, elle persiste).

3. Hydrohalogénation (ajout d'halogénures d'hydrogène). Les alcènes ajoutent facilement des halogénures d'hydrogène :

H 2 C = CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

L'ajout d'halogénures d'hydrogène aux homologues de l'éthylène suit la règle de V.V. Markovnikov (1837 - 1904) : dans des conditions normales, l'hydrogène de l'halogénure d'hydrogène est ajouté au site de la double liaison à l'atome de carbone le plus hydrogéné, et l'halogène à le moins hydrogéné :

La règle de Markovnikov peut s'expliquer par le fait que dans les alcènes asymétriques (par exemple, dans le propylène), la densité électronique est inégalement répartie. Sous l'influence du groupe méthyle lié directement à la double liaison, la densité électronique se déplace vers cette liaison (vers l'atome de carbone le plus externe).

À la suite de ce déplacement, la liaison p est polarisée et des charges partielles apparaissent sur les atomes de carbone. Il est facile d’imaginer qu’un ion hydrogène chargé positivement (proton) s’attachera à un atome de carbone (addition électrophile) qui a une charge partielle négative, et qu’un anion brome s’attachera à un carbone qui a une charge partiellement positive.

Cet ajout est une conséquence de l'influence mutuelle des atomes dans une molécule organique. Comme vous le savez, l’électronégativité de l’atome de carbone est légèrement supérieure à celle de l’hydrogène.

Par conséquent, dans le groupe méthyle, il existe une certaine polarisation des liaisons C-H σ associée à un déplacement de la densité électronique des atomes d'hydrogène vers le carbone. À son tour, cela provoque une augmentation de la densité électronique dans la région de la double liaison et en particulier sur son atome le plus externe. Ainsi, le groupe méthyle, comme les autres groupes alkyle, agit comme un donneur d'électrons. Cependant, en présence de composés peroxydés ou d’O 2 (lorsque la réaction est radicale), cette réaction peut aussi aller à l’encontre de la règle de Markovnikov.

Pour les mêmes raisons, la règle de Markovnikov est observée lors de l'ajout non seulement d'halogénures d'hydrogène, mais également d'autres réactifs électrophiles (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl, etc.) à des alcènes asymétriques.

4. Hydratation (ajout d'eau). En présence de catalyseurs, l'eau s'ajoute aux alcènes pour former des alcools. Par exemple:

H 3 C - CH = CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (alcool isopropylique)

Les alcènes s'oxydent plus facilement que les alcanes. Les produits formés lors de l'oxydation des alcènes et leur structure dépendent de la structure des alcènes et des conditions de cette réaction.

1. Combustion

H 2 C = CH 2 + 3O 2 → 2СO 2 + 2H 2 O

2. Oxydation catalytique incomplète

3. Oxydation à température ordinaire.

Lorsque l'éthylène est exposé à une solution aqueuse de KMnO4 (dans des conditions normales, dans un environnement neutre ou alcalin - la réaction de Wagner), un alcool dihydrique - l'éthylène glycol - se forme :

3H 2 C = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (éthylène glycol) + 2MnO 2 + KOH

Cette réaction est qualitative : la couleur violette de la solution de permanganate de potassium change lorsqu'on y ajoute un composé insaturé.

Dans des conditions plus sévères (oxydation du KMnO4 en présence d'acide sulfurique ou d'un mélange de chrome), la double liaison de l'alcène se rompt pour former des produits contenant de l'oxygène :

H 3 C - CH = CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (acide acétique)

Réaction d'isomérisation

Lorsqu'ils sont chauffés ou en présence de catalyseurs, les alcènes sont capables de s'isomériser - le mouvement de la double liaison se produit ou l'établissement d'une isostructure.

Réactions de polymérisation

En brisant les liaisons π, les molécules d'alcène peuvent se connecter les unes aux autres, formant des molécules à longue chaîne.

Présence dans la nature et rôle physiologique des alcènes

Les alcènes acycliques ne sont pratiquement jamais trouvés dans la nature. Le représentant le plus simple de cette classe de composés organiques - l'éthylène C 2 H 4 - est une hormone pour les plantes et y est synthétisé en petites quantités. cis- L'un des rares alcènes naturels est le muscalur ( tricosen-9) est un attractif sexuel pour la mouche domestique femelle.

(Musca domestique)

Les alcènes inférieurs en concentrations élevées ont un effet narcotique. Les membres supérieurs de la série provoquent également des convulsions et une irritation des muqueuses des voies respiratoires.

Représentants individuels

L'éthylène (éthène) est un composé chimique organique décrit par la formule C 2 H 4. C'est l'alcène le plus simple. Contient une double liaison et appartient donc aux hydrocarbures insaturés ou insaturés. Il joue un rôle extrêmement important dans l'industrie et est également une phytohormone (substances organiques de faible poids moléculaire produites par les plantes et ayant des fonctions régulatrices).

Éthylène - provoque une anesthésie, a un effet irritant et mutagène.

L'éthylène est le produit phare de la synthèse organique basique et est utilisé pour produire du polyéthylène (1ère place, jusqu'à 60 % du volume total).

Le polyéthylène est un polymère thermoplastique de l'éthylène. Le plastique le plus répandu au monde.

C'est une masse cireuse de couleur blanche (les fines feuilles sont transparentes et incolores). Résistant aux produits chimiques et au gel, isolant, insensible aux chocs (amortisseur), ramollit à la chaleur (80-120°C), durcit au refroidissement, l'adhérence (adhérence de surfaces de solides et/ou de corps liquides dissemblables) est extrêmement faible. Parfois, dans la conscience populaire, il est identifié à la cellophane, un matériau similaire d'origine végétale.

Propylène - provoque une anesthésie (plus puissante que l'éthylène), a un effet toxique et mutagène général.

Résistant à l'eau, ne réagit pas avec les alcalis de toute concentration, avec les solutions de sels neutres, acides et basiques, les acides organiques et inorganiques, même l'acide sulfurique concentré, mais se décompose sous l'action de l'acide nitrique à 50 % à température ambiante et sous l'influence de chlore et de fluor liquides et gazeux. Au fil du temps, un vieillissement thermique se produit.

Film plastique (notamment film d'emballage, comme du papier bulle ou du ruban adhésif).

Contenants (bouteilles, bocaux, boîtes, bidons, arrosoirs de jardin, pots de semis.

Tuyaux en polymère pour l'assainissement, le drainage, l'approvisionnement en eau et en gaz.

Matériau isolant électrique.

La poudre de polyéthylène est utilisée comme adhésif thermofusible.

Butène-2 ​​- provoque une anesthésie et a un effet irritant.

Les insaturés comprennent les hydrocarbures contenant de multiples liaisons entre les atomes de carbone dans leurs molécules. Illimité sont alcènes, alcynes, alcadiènes (polyènes). Les hydrocarbures cycliques contenant une double liaison dans le cycle (cycloalcènes), ainsi que les cycloalcanes avec un petit nombre d'atomes de carbone dans le cycle (trois ou quatre atomes), ont également un caractère insaturé. La propriété « d’insaturation » est associée à la capacité de ces substances à entrer dans réactions d'addition, principalement de l'hydrogène, avec formation d'hydrocarbures saturés ou saturés - alcanes.

Structure des alcènes

Hydrocarbures acycliques contenant dans la molécule, en plus des liaisons simples, une double liaison entre atomes de carbone et correspondant à la formule générale C n H 2n.

Son deuxième nom est oléfines- les alcènes ont été obtenus par analogie avec des acides gras insaturés (oléique, linoléique), dont les restes font partie des graisses liquides - huiles (de l'anglais oil - oil).

Les atomes de carbone qui ont une double liaison entre eux sont dans un état sp 2 -hybridation. Cela signifie qu’une orbitale s et deux orbitales p sont impliquées dans l’hybridation et qu’une orbitale p reste non hybridée.

Le chevauchement des orbitales hybrides conduit à la formation d'une liaison σ et, en raison des orbitales p non hybridées des atomes de carbone voisins, une seconde liaison π est formée. Ainsi, une double liaison est constituée d'une σ- et une liaison π.

Les orbitales hybrides des atomes formant une double liaison sont dans le même plan et les orbitales formant une liaison π sont perpendiculaires au plan de la molécule.

La double liaison (0,132 nm) est plus courte que la simple liaison et son énergie est plus élevée car elle est plus forte. Cependant, la présence d'une liaison π mobile et facilement polarisable conduit au fait que les alcènes sont chimiquement plus actifs que les alcanes et sont capables de subir des réactions d'addition.

Série homologue d'alcènes

Les trois premiers membres de la série homologue des alcènes sont des gaz, de C 5 H 10 à C 17 H 34 sont des liquides et de C 18 H 36 sont des solides. Les alcènes liquides et solides sont pratiquement insolubles dans l'eau, mais sont très solubles dans les solvants organiques.

Conformément aux règles de l'IUPAC, le suffixe -ene est utilisé dans les noms d'homologues d'un certain nombre d'alcènes. La position de la double liaison est indiquée par un chiffre indiquant l'emplacement de la liaison. Le numéro est placé après le nom de la chaîne principale séparé par un trait d'union. La numérotation des atomes dans une molécule d'alcène commence à partir de l'extrémité à laquelle la liaison est la plus proche, par exemple, un alcène correspondant à la formule CH 3 −CH 2 −CH=CH−CH 3 doit être appelé pentène-2, puisque la liaison commence au deuxième atome de carbone, en commençant par les chaînes terminales.

Les alcènes non ramifiés constituent la série homologue de l'éthène (éthylène) : C 2 H 4 - éthène, C 3 H 6 - propène, C 4 H 8 - butène, C 5 H 10 - pentène, C 6 H 12 - hexène, etc.

Isomérie et nomenclature des alcènes

Pour les alcènes, ainsi que pour les alcanes, il est caractéristique isomérie structurelle. Les isomères structurels diffèrent les uns des autres par la structure du squelette carboné. L'alcène le plus simple, caractérisé par des isomères structuraux, est le butène.

Un type particulier d'isomérie structurelle est l'isomérie de la position de la double liaison :

Une rotation presque libre des atomes de carbone est possible autour d'une seule liaison carbone-carbone, de sorte que les molécules d'alcane peuvent prendre une grande variété de formes. La rotation autour de la double liaison est impossible, ce qui conduit à l'apparition d'un autre type d'isomérie dans les alcènes - géométrique, ou isomérie cis-trans.

Les isomères cis diffèrent des isomères trans par la disposition spatiale des fragments moléculaires (dans ce cas, des groupes méthyle) par rapport au plan de liaison π et, par conséquent, par leurs propriétés.

Les alcènes sont isomères des cycloalcanes (isomérie interclasse), par exemple :

La nomenclature IUPAC pour les alcènes est similaire à celle des alcanes.

1. Sélection du circuit principal. La formation du nom d'un hydrocarbure commence par la définition de la chaîne principale - la plus longue chaîne d'atomes de carbone de la molécule. Dans le cas des alcènes, la chaîne principale doit contenir une double liaison.

2. Numérotation des atomes de la chaîne principale. La numérotation des atomes de la chaîne principale commence à partir de l'extrémité dont la double liaison est la plus proche. Par exemple, le nom de connexion correct est :

5-méthylhexène-2, et non 2-méthylhexène-4, comme on pourrait s'y attendre.

Si la position de la double liaison ne peut pas déterminer le début de la numérotation des atomes dans la chaîne, alors elle est déterminée par la position des substituants de la même manière que pour les hydrocarbures saturés.

3. Formation du nom. Les noms d'alcènes se forment de la même manière que les noms d'alcanes. À la fin du nom, indiquez le numéro de l'atome de carbone auquel commence la double liaison, ainsi que le suffixe -ène, indiquant que le composé appartient à la classe des alcènes. Par exemple:

Propriétés physiques des alcènes

D'abord trois représentants de la série homologue des alcènes- les gaz ; substances de composition C 5 H 10 - C 16 H 32 - liquides; Les alcènes supérieurs sont des solides.

Les points d’ébullition et de fusion augmentent naturellement avec l’augmentation du poids moléculaire des composés.

Propriétés chimiques des alcènes

Réactions d'addition. Rappelons qu'une caractéristique distinctive des représentants des hydrocarbures insaturés - les alcènes - est la capacité d'entrer dans des réactions d'addition. La plupart de ces réactions se déroulent selon le mécanisme addition électrophile.

1. Hydrogénation des alcènes. Les alcènes sont capables d'ajouter de l'hydrogène en présence de catalyseurs d'hydrogénation, de métaux - platine, palladium, nickel :

Cette réaction se produit à pression atmosphérique et élevée et ne nécessite pas de température élevée car elle est exothermique. Lorsque la température augmente, les mêmes catalyseurs peuvent provoquer une réaction inverse : la déshydrogénation.

2. Halogénation(ajout d'halogènes). L'interaction d'un alcène avec de l'eau bromée ou une solution de brome dans un solvant organique (CCl 4) conduit à une décoloration rapide de ces solutions suite à l'ajout d'une molécule halogène à l'alcène et à la formation de dihaloalcanes :

3. Hydrohalogénation(ajout d'halogénure d'hydrogène).

Cette réaction obéit La règle de Markovnikov:

Lorsqu'un halogénure d'hydrogène se fixe à un alcène, l'hydrogène se fixe à l'atome de carbone le plus hydrogéné, c'est-à-dire l'atome dans lequel il y a le plus d'atomes d'hydrogène, et l'halogène au moins hydrogéné.

4. Hydratation(raccordement d'eau). L'hydratation des alcènes conduit à la formation d'alcools. Par exemple, l'ajout d'eau à l'éthène est à la base de l'une des méthodes industrielles de production d'alcool éthylique :

Notez qu'un alcool primaire (avec un groupe hydroxo sur le carbone primaire) ne se forme que lorsque l'éthène est hydraté. Lorsque le propène ou d’autres alcènes sont hydratés, des alcools secondaires se forment.

Cette réaction se déroule également selon La règle de Markovnikov- un cation hydrogène est attaché à un atome de carbone plus hydrogéné, et un groupe hydroxo est ajouté à un atome moins hydrogéné.

5. Polymérisation. Un cas particulier d'addition est la réaction de polymérisation des alcènes :

Cette réaction d'addition se produit via un mécanisme radicalaire.

Réactions d'oxydation.

1. Combustion. Comme tout composé organique, les alcènes brûlent dans l'oxygène pour former du CO 2 et du H 2 O :

2. Oxydation dans les solutions. Contrairement aux alcanes, les alcènes sont facilement oxydés par les solutions de permanganate de potassium. Dans les solutions neutres ou alcalines, les alcènes sont oxydés en diols (alcools dihydriques) et des groupes hydroxyle sont ajoutés aux atomes entre lesquels une double liaison existait avant l'oxydation :