2.6. Химические свойства алкенов

Для алкенов характерны реакции присоединения по двойной связи с разрывом π-связи. Если же в структуре есть насыщенный углеводородный заместитель (похож на алкан), то возможно проявление химических свойств алканов.

Большая часть реакций алкенов протекает по ионному механизму через стадию образования карбокатиона.

Присоединение симметричных молекул

1) Гидрирование — присоединения водорода

Генетическая связь алкенов и алканов. Реакция имеет равновесный характер, т. к. возможен обратный процесс дегидрирования (см. раздел «Получение алкенов») (Г.2.17):

2) Галогенирование — присоединение галогенов

Ионная реакция. Связь между атомами галогенов и π-связь алкена разрываются и в результате взаимодействия образуется дигалогеналканы. Реакция проходит в водной среде, применяются хлорная или бромная вода (Г.2.18):

Качественный признак реакции — обесцвечивание бромной воды.

Применение фтора невозможно, т. к. образуются перфторалканы. Иод из-за малой химической активности не присоединяется по двойной связи.

Присоединение несимметричных молекул

Несимметричные молекулы присоединяются по правилу Марковникова: положительная часть молекулы, обычно, протон H⁺, присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, т. е. образуется более устойчивый карбокатион.

3) Гидрогалогенирование — присоединение галогеноводорода

Ионная реакция. Проводится в водной среде, возможно присоединение только HCl/HBr/HI. Образуются моногалогеналканы. Присоединение HF не происходит в данных условиях (Е.2.19):

4) Гидратация — присоединение воды

Ионная реакция. Присоединение происходит в кислой среде, применяются серная H₂SO₄ или фосфорная H₃PO₄ концентрированные (в редких особых случаях применяют и разбавленные) кислоты. В результате взаимодействия образуются одноатомные спирты (Г.2.20):

5) Присоединение против правила Марковникова

Если рядом с двойной связью находится группа, стягивающая электронную плотность, т. е. в ней есть электроотрицательные атомы (фтор, кислород, хлор), то присоединение несимметричных молекул происходит против правила Марковникова (2.21):

Радикальные реакции алкенов

Реакции присоединения, проходящие по радикальному механизму, идут строго против правила Марковникова.

6) Перекисный эффект Хараша

Реакция проводится в присутствии пероксида водорода H₂O₂ или органических перекисей ROOR. Присоединению подвергается только HBr (Е.2.22):

7) Галогенирование по аллильному положению

Аллильное положение — атом углерода в sp³-гибридизации, стоящий по соседству с двойной связью. Замещение атомов водорода в этом положении происходит в условиях как у алканов: облучение светом или нагревание до 500 °C (Е.2.23):

Для проведения замещения могут применяться только хлор или бром.

8) Полимеризация

Процесс, при котором происходит разрыв π-связи и соединение мономерных фрагментов между собой с образованием длинной углеродной цепи. Механизм полимеризации может быть как радикальный, так и ионный в зависимости от вещества, инициирующего процесс. По реакции полимеризации получают полиэтилен или полипропилен (Г.2.24):

Окисление алкенов

Окисление алкенов происходит по двойной связи: в жестких условиях разрывают и σ-, и π-связи, а в мягких условиях разрывается только π-связь.

9) Жесткое окисление

Качественная реакция: обесцвечивание раствора перманганата. Происходит разрыв молекулы по двойной связи.

Окисление фрагментов молекулы алкена при двойной связи проходит по следующей схеме (Г.2.25):

Подтвердим схематическое описание реальными уравнениями реакций (Г.2.26):

10) Окисление в нейтральной среде

Окисление по Вагнеру. Качественная реакция: обесцвечивание раствора перманганата калия и выпадение бурого осадка MnO₂. Окисление проводится при 0 °C. В результате взаимодействия образуются двухатомные спирты (Г.2.27):

11) Вакер-процесс

Промышленный способ окисления алкенов с двойной связью при первом атоме углерода до альдегидов. Рассмотрим процесс получения уксусного альдегида. Окисление этилена кислородом воздуха в присутствии катализатора PdCl₂ + CuCl₂ (Г.2.28):

12) Эпоксидирование

Реакция Прилежаева. Этилен и другие алкены могут взаимодействовать с кислородом воздуха в присутствии серебряного катализатора с образованием эпоксидов — молекул с трехчленными циклами из двух атомов углерода и одного атома кислорода (Г.2.29):

Из эпоксидов в последующем по реакциям полимеризации получают эпоксидные смолы.

13) Полное окисление — горение

Как и другие вещества, состоящие из атомов углерода и водорода, алкены сгорают с образованием углекислого газа и воды (Г.2.30):

В общем виде процесс сгорания алкенов можно записать следующим образом (2.31).

При сгорании алкенов выделяется больше копоти, чем при сгорании алканов, т. к. в алкенах массовая доля углерода выше. Пламя алкенов — красноватое, у алканов — светло-голубое или бесцветное.