Алкен (једињење)

Алкени су органска једињења из групе незасићених угљоводоника код којих се јавља најмање једна двострука хемијска веза између атома угљеника (C=C).^[1] Алкени као и алкани граде хомологи ред чији се суседни чланови разликују за по једну CH₂ групу. Сваки атом угљеника повезан је са два атома водоника, а угљеникови атоми који граде двоструку везу међусобно су повезани са два електронска пара. Та двострука веза између угљеникових атома представља функционалну групу алкена.

Речи алкен и олефин често се употребљавају као синоними (погледајте одељак номенклатуре испод). Ациклични алкени, са само једном двоструком везом и ниједном другом функционалном групом, познати као моноени, формирају хомологни низ угљоводоника са општом формулом C_nH_2n.^[2] Алкени имају два атома водоника мање од одговарајућих алкана (са истим бројем атома угљеника). Најједноставнији алкен има формулу C₂H₄ који носи назив етен. Општа формула алкена је C_nH_2n, при чему етен је име Међународне уније за чисту и примењену хемију (IUPAC). Ово органско једињење се производи индустријски у великим количинама.^[3] Ароматична једињења су често изведена као цикличних алкена, али њихове структуре и својства су различита и не сматрају се алкенима.^[2]

Алкени који садрже две двоструке везе називају се диени. Алкени са више од две двоструке везе (триени, тетраени итд.) се уопштено називају полиени.

Ароматична једињења се често приказују као циклични алкени, међутим њихова структура и својства су довољно различите да се не класификују као алкени или олефини.^[4] Угљоводоници са две двоструке везе које се преклапају (C=C=C) називају се аленима^[5]^[6]^[7]^[8]^[9] — најједноставније такво једињење се само назива ален^[10] — а они са три или више преклапајућих веза (C=C=C=C, C=C=C=C=C, итд.) називају се кумулени.^[11]^[12]^[13]

Номенклатура алкена

По ЈУПАКовој номенклатури имена алкена се изводе из имена одговарајућих алкана са истим бројем угљеникових атома, тако што се одбија наставак -ан и на његово место додаје наставак -ен. Положај двоструке везе се означава бројем првог угљениковог атома за кога је везана двострука веза. Нумерисање атома угљеника се врши бројевима тако да су угљеникови атоми на којима се јавља двострука веза обележени најмањим могућим бројевима. Тај број се ставља испред имена алкена. Ако је алкен рачваст обележавање се врши на исти начин као и код алкана.

CH₃CH₂CH₂CH₂CH==CH₂ 6 5 4 3 2 1

1-хексен

CH₃ | CH₃CH₂CH-CH₂CH==CH₂ 6 5 4 3 2 1

4-метил-1-хексен

CH₃ | CH₃CH₂CH₂CH₂CH==CH₂ 6 5 4 3 |2 1 CH₂CH₃

2-етил-4-метил-1-хексен

етен	C₂H₄
пропен	C₃H₆
n-бутен	C₄H₈
n-пентен	C₅H₁₀
n-хексен	C₆H₁₂
n-хептен	C₇H₁₄
n-октен	C₈H₁₆
n-нонен	C₉H₁₈
n-декен	C₁₀H₂₀

Нестандардна имена

Сви алкени имају универзална имена која дефинисана ЈУПАК-овом номенклатуром, али неки алкени су познатији по својим уобичајеним именима:

	CH₂=CH₂	CH₃CH=CH₂	CH₃C-CH₃=CH₂
IUPAC-ово име:	Етен	Пропен	2-Метил-пропен
Уобичајена имена:	Етилен	Пропилен	Изобутан

Изомерија

Код алкена постоји изомерија, тј. два алкена са истом молекулском формулом могу се разликовати по структури или просторном распореду атома унутар самог молекула алкена. На тај начин се могу разликовати структурна и геометријска (Cis-trans) изомерија.

Структурна изомерија

Поред изомерије низа присутне код алкана код алкена постоји и изомерија условљена положајем двоструке везе. Такви изомери се јављају код алкена са четири или више атома угљеника у молекулу. За случај са четири атома, тј. за бутен, постоји два изомера те врсте:

CH_{2}{=}CH{-}CH_{2}{-}CH_{3}

- 1-бутен

CH_{3}{-}CH{=}CH{-}CH_{3}

- 2-бутен

Cis-trans изомерија

Разлика између cis и trans изомера

Код алкена поред структурне постоји и геометријска изомерија. Иако два алкена могу делити исту структурну формулу између њих може постојати разлика изражена у просторном распореду молекула. Јавља се код несиметрично супституисаних алкена због спречене ротације око двоструке везе. У том смислу разликују се cis и trans геометријски изомери.

Налажење и добијање

Тродимензионални модел молекула етена

Алкани се могу наћи у неким врстама нафте, али у веома малим количинама јер су доста реактивни. Најпростији алкени као нпр: етен, пропен и бутен у великим количинама производе се краковањем нафте. У лабораторијама алкени се најчешће добијају елиминацијом атома или атомских група са суседних угљеникових атома.

Добијања:
- Краковање алкана. Тако на пример краковањем етана настаје етен:

\mathrm {CH_{3}{-}CH_{3}\longrightarrow CH_{2}{=}CH_{2}+H_{2}}

- Дехидратацијом алкохола, односно елиминацијом воде из истог:

\mathrm {CH_{3}{-}CH_{2}{-}OH\longrightarrow CH_{2}{=}CH_{2}+H_{2}O}

- Елиминација халогеноводоника из халогеналкана:

\mathrm {CH_{3}{-}CH_{2}{-}CH_{2}{-}Cl+KOH\longrightarrow CH_{3}{-}CH{=}CH_{2}+KCl+H_{2}O}

Реактивност

Алкени су доста реактивнији од алкана. Реактивност алкена је последица двоструке везе између угљеникових атома. Производи реакције алкена су углавном стабилнији него супстрат.

Они подлежу реакцијама:

оксидације (сагоревањем и помоћу оксидационих средстава):

C₂H₄ + 3О₂ → 2CO₂ + 2H₂O

полимеризације
адицији (на пример додавања гасовитог хлора, хлороводоника, воде).

Адиционе реакције алкена

адиција водоника - У присуству катализатора платине или паладијума алкени се једине са водоником на собној температури. Овај поступак се назива каталитичко хидрогеновање. Тако долази до реакције између етена и водоника, при чему се гради етан.

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

адиција халогеноводоника - Бромоводоник у гасовитом агрегатном стању се адира на алкене на собној температури без присуства катализатора градећи засићено једињење:

CH₂=CH₂ + HBr → CH₃CH₂Br

Механизам те реакције изгледа овако:

Када се адиција врши на алкен, чији атоми угљеника везани двоструком везом не садрже исти број водоникових атома, онда се водоник из реангенса везује за онај угљеников атом који има више везаних водоникових атома.

адиција сулфатне киселине - Сулфатна киселина се адира на алкене на исти начин као и хлороводоник (по Маркониковљевом правилу^[14])

CH₃CH=CH₂ + HOSO₂OH → CH₃CH-CH₃
                         |
                         OSO₂H

Адиција воде - Под нормалним условима вода не реагује са алканима, али уколико је присутна сулфатна киселина вода се адира по Марковниковљевом правилу.

CH₃CH=CH₂ + HOH → CH₃CH-CH₃
                     |
                     OH

Адиција халогена - Халогени се под нормалним условима веома брзо адирају на двоструку везу алкена:

CH₃CH=CH₂ + Br₂ → CH₃CH-CH₂
                     |  |                     
                     Br Br

или

Механизам реакције халогеновања изгледа овако:

Оксидација

Сагоревање алкена. Алкени као и алкани сагоревају на ваздуху услед чега настаје угљен-диоксид и вода. Услед ове реакције ослобађа се топлотна енергија.

CH₂=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂О

Реакција са оксидационим средствима. Тако у присуству калијум-перманганата на собној температури долази до реакције:

CH₃CH=CH₂ + (O) + HOH → CH₃CH-CH₂
                           |  |
                           OH OH

Полимеризација

Као што могу да адирају друге молекуле алкени под одређеним условима могу да се адирају и међусобно. Међусобним адирањем алкена настају хемијска једињења великих молекулских маса која се називају полимери. Молекули из којих настаје полимер називају се мономери. Полимери су једињења великих молекулских маса која настају сједињавањем великог броја мономера. Реакција у којој настају полимери назива се полимеризација. У случају алкена углавном се одиграва адициона полимеризација. У општем случају реакција полимеризације за алкене се може писати овако:

{\mathsf {n\ CH_{2}\!\!=\!\!CH_{2}}}\rightarrow {\mathsf {-[-\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}\!-]_{n}-}}

Услед полимеризације алкена најчешће настају пластичне масе. У Србији најпознатији полимер који се производи је полиетен. То је пластична маса која се користи за паковање у трговини и индустрији, за производњу изолационих материјала, за производњу цеви итд. Код нас се полиетен производи у Петрохемији Панчево. Такође је познат и полипропен који се производи у Хиполу Оџаци.

Физичке особине

Физичке особине алкена су веома сличне физичким особинама алкана са истим бројем атома угљеника. Алкени са мањим бројем угљеникових атома су гасови, са више течности или чврсте супстанције. Алкени се не растварају у неорганским растварачима (нпр. вода), а растварају се у органским (алкохоли).

Хемијске особине

Реактивност алкена потиче од π везе јер се електронски облак налази изнад и испод равни молекула и лако ступа у реакцију са другим реагенсима. Други разлог реактивности је што π електрони нису део угљениковог скелета и π веза се лако раскида при повољном судару са реагенсом, а да скелет угљениковог атома остане непромењен.

Види још

Референце

^ Wade, L.G. (2006). Organic Chemistry (6th изд.). Pearson Prentice Hall. стр. 279. ISBN 978-1-4058-5345-3.
^ ^а ^б Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). „Glossary of Class Names of Organic Compounds and Reactive Intermediates Based on Structure (IUPAC Recommendations 1995)”. Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307—1375. doi:10.1351/pac199567081307.
^ „Production: Growth is the Norm”. Chemical and Engineering News. 84 (28): 59—236. 10. 7. 2006. doi:10.1021/cen-v084n034.p059.
^ IUPAC. „olefins”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
^ The Chemistry of the Allenes (vol. 1−3); Landor, S. R., Ed.; cademic Press: London, 1982.
^ Taylor, David R. (1967-06-01). „The Chemistry of Allenes”. Chemical Reviews (на језику: енглески). 67 (3): 317—359. ISSN 0009-2665. doi:10.1021/cr60247a004.
^ Hoffmann-Röder, Anja; Krause, Norbert (2004-02-27). „Synthesis and Properties of Allenic Natural Products and Pharmaceuticals”. Angewandte Chemie International Edition (на језику: енглески). 43 (10): 1196—1216. ISSN 1433-7851. PMID 14991780. doi:10.1002/anie.200300628.
^ Burton, B. S.; von Pechmann, H. (јануар 1887). „Ueber die Einwirkung von Chlorphosphor auf Acetondicarbonsäureäther”. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на језику: немачки). 20 (1): 145—149. doi:10.1002/cber.18870200136.
^ Jones, E. R. H.; Mansfield, G. H.; Whiting, M. C. (1954). „Researches on acetylenic compounds. Part XLVII. The prototropic rearrangements of some acetylenic dicarboxylic acids”. Journal of the Chemical Society (Resumed) (на језику: енглески): 3208—3212. ISSN 0368-1769. doi:10.1039/jr9540003208.
^ Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. стр. 375. ISBN 978-0-85404-182-4. doi:10.1039/9781849733069-FP001. „The name allene, for CH
2=C=CH
2, is retained for general nomenclature only; substitution is allowed, but not by alkyl or any other group that extends the carbon chain, nor characteristic groups expressed by suffixes. The systematic name, propadiene, is the preferred IUPAC name.”
^ Thaddeus, P.; Gottlieb, C.A.; Mollaaghababa, R.; Vrtilek, J.M. (1993). „Free carbenes in the interstellar gas”. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 89 (13): 2125. ISSN 0956-5000. doi:10.1039/ft9938902125.
^ Cabezas, C.; Tercero, B.; Agúndez, M.; et al. (2021). „Cumulene carbenes in TMC-1: Astronomical discovery of I\-H2C5”. Astronomy & Astrophysics. 650: L9. ISSN 0004-6361. PMC 7611420  . doi:10.1051/0004-6361/202141274  .
^ McCarthy, M. C.; Travers, M. J.; Kovács, A.; et al. (1997). „Detection and Characterization of the Cumulene Carbenes H2C5 and H2C6”. Science. 275 (5299): 518—520. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.275.5299.518.
^ Уз адицију која се одвија у складу са Маркониковљевим правилом одвија се и адиција по систему супротном истом. Такав производ је ипак у знатно мањим количинама у односу на први, па се назива споредним, док се први назива главним.

Литература

Александра Стојиљковић. Хемија за трећи разред гимназије природно-математичког смера, медицинске, ветеринарске и школе за негу лепоте. Завод за уџбенике. 2008. Београд
Favre, Henri A.; Powell, Warren H. (2013). Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. Royal Society of Chemistry. ISBN 978-0-85404-182-4.
Eller, Gernot A. (2006). „Improving the Quality of Published Chemical Names with Nomenclature Software” (PDF). Molecules. 9: 915—928.
Leigh, G. J.; Favre, H. A.; Metanomski, W. V. (1998). Principles of Chemical Nomenclature. A Guide to IUPAC Recommendations (PDF). Blackwell.

Спољашње везе

Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals IUPAC Blue Book.
Rule A-4. Bivalent and Multivalent Radicals IUPAC Blue Book.
Rules A-11.3, A-11.4, A-11.5 Unsaturated monocyclic hydrocarbons and substituents IUPAC Blue Book.
Rule A-23. Hydrogenated Compounds of Fused Polycyclic Hydrocarbons IUPAC Blue Book.
IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry (online version of several older editions of the IUPAC Blue Book)
IUPAC Recommendations on Organic & Biochemical Nomenclature, Symbols, Terminology, etc. (includes IUBMB Recommendations for biochemistry)
Bibliography of IUPAC Recommendations on Organic Nomenclature (last updated 11 April 2003)

[Wade-1] Wade, L.G. (2006). Organic Chemistry (6th изд.). Pearson Prentice Hall. стр. 279. ISBN 978-1-4058-5345-3.

[PAC1995-2] а ^б Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). „Glossary of Class Names of Organic Compounds and Reactive Intermediates Based on Structure (IUPAC Recommendations 1995)”. Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307—1375. doi:10.1351/pac199567081307.

[cenews-3] „Production: Growth is the Norm”. Chemical and Engineering News. 84 (28): 59—236. 10. 7. 2006. doi:10.1021/cen-v084n034.p059.

[PAC1995.olefins-4] IUPAC. „olefins”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).

[:0-5] The Chemistry of the Allenes (vol. 1−3); Landor, S. R., Ed.; cademic Press: London, 1982.

[:2-6] Taylor, David R. (1967-06-01). „The Chemistry of Allenes”. Chemical Reviews (на језику: енглески). 67 (3): 317—359. ISSN 0009-2665. doi:10.1021/cr60247a004.

[:1-7] Hoffmann-Röder, Anja; Krause, Norbert (2004-02-27). „Synthesis and Properties of Allenic Natural Products and Pharmaceuticals”. Angewandte Chemie International Edition (на језику: енглески). 43 (10): 1196—1216. ISSN 1433-7851. PMID 14991780. doi:10.1002/anie.200300628.

[8] Burton, B. S.; von Pechmann, H. (јануар 1887). „Ueber die Einwirkung von Chlorphosphor auf Acetondicarbonsäureäther”. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на језику: немачки). 20 (1): 145—149. doi:10.1002/cber.18870200136.

[9] Jones, E. R. H.; Mansfield, G. H.; Whiting, M. C. (1954). „Researches on acetylenic compounds. Part XLVII. The prototropic rearrangements of some acetylenic dicarboxylic acids”. Journal of the Chemical Society (Resumed) (на језику: енглески): 3208—3212. ISSN 0368-1769. doi:10.1039/jr9540003208.

[iupac2013-10] Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. стр. 375. ISBN 978-0-85404-182-4. doi:10.1039/9781849733069-FP001. „The name allene, for CH
2=C=CH
2, is retained for general nomenclature only; substitution is allowed, but not by alkyl or any other group that extends the carbon chain, nor characteristic groups expressed by suffixes. The systematic name, propadiene, is the preferred IUPAC name.”

[Thaddeus_1993-11] Thaddeus, P.; Gottlieb, C.A.; Mollaaghababa, R.; Vrtilek, J.M. (1993). „Free carbenes in the interstellar gas”. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 89 (13): 2125. ISSN 0956-5000. doi:10.1039/ft9938902125.

[Cabezas_2021-12] Cabezas, C.; Tercero, B.; Agúndez, M.; et al. (2021). „Cumulene carbenes in TMC-1: Astronomical discovery of I\-H2C5”. Astronomy & Astrophysics. 650: L9. ISSN 0004-6361. PMC 7611420  . doi:10.1051/0004-6361/202141274  .

[McCarthy_1997-13] McCarthy, M. C.; Travers, M. J.; Kovács, A.; et al. (1997). „Detection and Characterization of the Cumulene Carbenes H2C5 and H2C6”. Science. 275 (5299): 518—520. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.275.5299.518.

[14] Уз адицију која се одвија у складу са Маркониковљевим правилом одвија се и адиција по систему супротном истом. Такав производ је ипак у знатно мањим количинама у односу на први, па се назива споредним, док се први назива главним.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]