DÉFINITION

Alcènes- les hydrocarbures insaturés dont les molécules contiennent une double liaison ; Les noms d'alcènes contiennent le suffixe –ène ou –ylène.

La formule générale de la série homologue des alcènes (tableau 2) est C n H 2n

Tableau 2. Séries homologues d'alcènes.

Radicaux hydrocarbonés formés à partir d'alcènes : -CH = CH 2 - vinyle et -CH 2 -CH = CH 2 - allyle.

Les alcènes, à commencer par le butène, sont caractérisés par une isomérie du squelette carboné :

CH 2 -C(CH 3)-CH 3 (2-méthylpropène-1)

et positions de la double liaison :

CH 2 = CH-CH 2 -CH 3 (butène-1)

CH 3 -C = CH-CH 3 (butène-2)

Les alcènes, à commencer par le butène-2, sont caractérisés par une isomérie géométrique (cis-trans) (Fig. 1).

Riz. 1. Isomères géométriques du butène-2.

Les alcènes, à commencer par le propène, sont caractérisés par une isomérie interclasse avec les cycloalcanes. Ainsi, la composition de C 4 H 8 correspond aux substances de la classe des alcènes et des cycloalcanes - butène-1(2) et cyclobutane.

Les atomes de carbone dans les molécules d'alcène sont en hybridation sp 2 : les liaisons 3σ sont situées dans le même plan à un angle de 120 les unes par rapport aux autres, et la liaison π est formée par les électrons p des atomes de carbone voisins. Une double liaison est une combinaison de liaisons σ et π.

Propriétés chimiques des alcènes

La plupart des réactions chimiques des alcènes se déroulent par le mécanisme d'addition électrophile :

- hydrohalogénation - l'interaction des alcènes avec les halogénures d'hydrogène (HCl, HBr), se déroulant selon la règle de Markovnikov (lorsque des molécules polaires comme HX sont ajoutées à des alcènes asymétriques, l'hydrogène s'attache à l'atome de carbone le plus hydrogéné au niveau de la double liaison)

CH 3 -CH = CH 2 + HCl = CH 3 -CHCl-CH 3

- hydratation - l'interaction des alcènes avec l'eau en présence d'acides minéraux (sulfurique, phosphorique) avec formation d'alcools, se déroulant selon la règle de Markovnikov

CH 3 -C(CH 3) = CH 2 + H 2 O = CH 3 -C(CH 3)OH-CH 3

- halogénation - l'interaction des alcènes avec des halogènes, par exemple avec le brome, dans laquelle l'eau bromée se décolore

CH 2 = CH 2 + Br 2 = BrCH 2 -CH 2 Br

Lorsqu'un mélange d'un alcène et d'un halogène est chauffé à 500°C, il est possible de remplacer l'atome d'hydrogène de l'alcène par un mécanisme radicalaire :

CH 3 -CH = CH 2 + Cl 2 = Cl-CH 2 -CH = CH 2 + HCl

La réaction d'hydrogénation des alcènes se déroule selon le mécanisme radicalaire. La condition pour que la réaction se produise est la présence de catalyseurs (Ni, Pd, Pt), ainsi que le chauffage du mélange réactionnel :

CH 2 = CH 2 + H 2 = CH 3 -CH 3

Les alcènes peuvent être oxydés pour former divers produits dont la composition dépend des conditions de la réaction d'oxydation. Ainsi, lors de l'oxydation dans des conditions douces (l'agent oxydant est le permanganate de potassium), la liaison π est rompue et des alcools dihydriques se forment :

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) +2MnO 2 + 2KOH

Lors de l'oxydation sévère des alcènes avec une solution bouillante de permanganate de potassium dans un environnement acide, une rupture complète de la liaison (liaison σ) se produit avec formation de cétones, d'acides carboxyliques ou de dioxyde de carbone :

L'oxydation de l'éthylène par l'oxygène à 200C en présence de CuCl 2 et PdCl 2 conduit à la formation d'acétaldéhyde :

CH 2 = CH 2 +1/2O 2 = CH 3 -CH = O

Les alcènes subissent des réactions de polymérisation. La polymérisation est le processus de formation d'un composé de haut poids moléculaire - un polymère - en se combinant les uns avec les autres en utilisant les principales valences des molécules de la substance originale de faible poids moléculaire - le monomère. La polymérisation peut être provoquée par la chaleur, l'ultra-haute pression, l'irradiation, les radicaux libres ou les catalyseurs. Ainsi, la polymérisation de l'éthylène se produit sous l'action d'acides (mécanisme cationique) ou de radicaux (mécanisme radicalaire) :

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -) n —

Propriétés physiques des alcènes

Dans des conditions normales, C 2 -C 4 sont des gaz, C 5 -C 17 sont des liquides et à partir de C 18 sont des solides. Les alcènes sont insolubles dans l'eau mais hautement solubles dans les solvants organiques.

Préparation d'alcènes

Les principales méthodes d'obtention des alcènes :

— déshydrohalogénation d'alcanes halogénés sous l'influence de solutions alcooliques d'alcalis

CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 3 + KOH = CH 3 -CH = CH-CH 3 + KBr + H 2 O

— déshalogénation des dérivés dihalogènes des alcanes sous l'influence de métaux actifs

CH 3 -CHCl-CHCl-CH 3 + Zn = ZnCl 2 + CH 3 -CH = CH-CH 3

— déshydratation des alcools lorsqu'ils sont chauffés avec de l'acide sulfurique (t > 150 C) ou par passage de vapeur d'alcool sur un catalyseur

CH 3 -CH(OH)- CH 3 = CH 3 -CH = CH 2 + H 2 O

— déshydrogénation des alcanes par chauffage (500C) en présence d'un catalyseur (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 2 - CH 3 = CH 3 -CH = CH 2 + H 2

Les alcènes sont utilisés comme produits de départ dans la production de matériaux polymères (plastiques, caoutchoucs, films) et d'autres substances organiques.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercice	Établir la formule moléculaire d'un alcène si l'on sait que la même quantité de celui-ci, interagissant avec les halogènes, forme respectivement soit 56,5 g d'un dérivé dichloro, soit 101 g d'un dérivé dibromo.
Solution	Les propriétés chimiques des alcènes sont déterminées par leur capacité à ajouter des substances via le mécanisme d'addition électrophile, dans lequel la double liaison est convertie en une simple liaison : CnH 2 n + Cl 2 → CnH 2 nCl 2 CnH 2 n + Br 2 → CnH 2 nBr 2 La masse de l'alcène entré dans la réaction est la même, ce qui signifie que le même nombre de moles d'alcène participent à la réaction. Exprimons le nombre de moles d'hydrocarbure si la masse molaire du dérivé dichloro est 12n+2n+71, la masse molaire du dérivé dibromé (12n+2n+160) : m(CnH 2 nCl 2) \ (12n+2n+71) = m(СnH 2 nBr 2) \ (12n+2n+160) 56,5 \ (12n+2n+71) = 101 \ (12n+2n+160) Par conséquent, l’alcène a la formule C 3 H 6 est le propène.
Répondre	Formule alcène C 3 H 6 est le propène

EXEMPLE 2

Exercice

Effectuer une série de transformations éthane → éthène → éthanol → éthène → chloroéthane → butane

Solution

Pour obtenir de l'éthène à partir de l'éthane, il faut utiliser la réaction de déshydrogénation de l'éthane, qui se produit en présence d'un catalyseur (Ni, Pd, Pt) et lors du chauffage : C2H6 →C2H4 + H2 L'éthanol est produit à partir de l'éthène par une réaction d'hydratation avec de l'eau en présence d'acides minéraux (sulfurique, phosphorique) : C 2 H 4 + H 2 O = C 2 H 5 OH Pour obtenir de l'éthylène à partir de l'éthanol, une réaction de déshydratation est utilisée : C 2 H 5 OH → (t, H 2 SO 4) → C 2 H 4 + H 2 O La production de chloroéthane à partir d'éthène s'effectue par la réaction d'hydrohalogénation : C 2 H 4 + HCl → C 2 H 5 Cl Pour obtenir du butane à partir du chloroéthane, la réaction de Wurtz est utilisée : 2C 2 H 5 Cl + 2Na → C 4 H 10 + 2NaCl

Ils brûlent.

1. Combustion dans l'air

2. Oxydation avec une solution aqueuse de permanganate (réaction de Wagner)

Dans un environnement neutre, de l'oxyde de manganèse brun (IV) est obtenu et deux groupes OH sont ajoutés à la double liaison de la substance organique :

À gauche se trouve un alcène avec du permanganate de potassium, à droite un alcane. La couche organique (en haut) ne se mélange pas avec la couche aqueuse (en bas). A droite, la couleur du permanganate n'a pas changé. Riz. 1.

Riz. 1. Réaction de Wagner

3. Oxydation avec une solution de permanganate acidifiée

En milieu acide, la solution se décolore : Mn +7 est réduit à Mn +2. La décoloration d'une solution acidifiée de permanganate de potassium est une réaction qualitative aux composés insaturés.

5CH 2 =CH 2 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 = 12MnSO 4 + 10CO 2 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O.

Dépendance des produits d'oxydation sur la structure de l'alcène :

Substitution radicale dans les alcènes

Le propène et le chlore à haute température : 400-500 o C (conditions favorables aux réactions radicalaires) donnent un produit non pas d'addition, mais de substitution.

Dans l'industrie Les alcènes sont produits par craquage ou déshydrogénation d'alcanes de pétrole.

Méthodes de laboratoire la préparation des alcènes est basée sur des réactions d'élimination.

1. Déshalogénation

La réaction des dihaloalcanes, dans les molécules dont les atomes d'halogène sont situés au niveau des atomes de carbone voisins, avec le magnésium ou le zinc conduit à la formation d'une double liaison :

CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn → CH 2 =CH 2 + ZnCl 2

2. Déshydrohalogénation

Lorsque les haloalcanes réagissent avec une solution alcaline alcoolique chaude, une molécule d'halogénure d'hydrogène est séparée et un alcène se forme :

CH 3 -CH 2 -CHCl-CH 3 + alcool KOH. CH 3 -CH=CH-CH 3 + KCl + H 2 O

3. Déshydratation

Le chauffage des alcools avec de l'acide sulfurique ou phosphorique concentré entraîne l'élimination de l'eau et la formation d'un alcène.

Les réactions d'élimination des haloalcanes et des alcools asymétriques se déroulent souvent selon La règle de Zaitsev: L’atome d’hydrogène est préférentiellement séparé de l’atome de C qui est lié au plus petit nombre d’atomes d’H.

La règle de Zaitsev, comme la règle de Markovnikov, peut être expliquée en comparant la stabilité des particules intermédiaires formées au cours de la réaction.

L'éthylène, le propène et les butènes sont les matières premières de la synthèse pétrochimique, principalement pour la production de plastiques.

Lorsque du chlore est ajouté aux alcènes, des dérivés chlorés sont obtenus.

CH 2 =CH-CH 3 +Cl 2 → CH 2 Cl- CHCl- CH 3 (1,2-dichloropropane)

Mais en 1884, le scientifique russe M.D. Lvov. (Fig. 2) ont réalisé la réaction de chloration du propène dans des conditions plus sévères, à t = 400 0 C. Le résultat était un produit non pas d'ajout de chlore, mais de substitution.

CH 2 =CH-CH 3 +Cl 2 CH 2 =CH-CH 2Cl + HCl

Riz. 2. Le scientifique russe M.D. Lviv

L'interaction des mêmes substances dans des conditions différentes conduit à des résultats différents. Cette réaction est largement utilisée pour produire du glycérol. Parfois, l'éthylène est utilisé dans les magasins de légumes pour accélérer la maturation des fruits.

Résumer la leçon

Dans cette leçon, vous avez abordé le sujet « Alcènes. Propriétés chimiques - 2. Préparation et utilisation des alcènes. Au cours de la leçon, vous avez pu approfondir vos connaissances sur les alcènes, découvrir les propriétés chimiques des alcènes, ainsi que les caractéristiques de la préparation et de l'utilisation des alcènes.

Bibliographie

1. Rudzite G.E. Chimie. Fondamentaux de chimie générale. 10e année : manuel pour les établissements d'enseignement général : niveau de base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ème édition. - M. : Éducation, 2012.

2. Chimie. 10 e année. Niveau de profil : académique. pour l'enseignement général institutions/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et autres - M. : Outarde, 2008. - 463 p.

3. Chimie. 11e année. Niveau de profil : académique. pour l'enseignement général institutions/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et autres - M. : Outarde, 2010. - 462 p.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Recueil de problèmes de chimie pour ceux qui entrent à l'université. - 4e éd. - M. : RIA « Nouvelle Vague » : Editeur Umerenkov, 2012. - 278 p.

Devoirs

1. N° 12, 13 (p. 39) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie : Chimie organique. 10e année : manuel pour les établissements d'enseignement général : niveau de base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ème édition. - M. : Éducation, 2012.

2. Quelle réaction est qualitative à l’éthylène et à ses homologues ?

3. Lors de la chloration du propène, une substitution plutôt qu'une addition peut-elle se produire ? A quoi est-ce lié ?

4.3.b. Ajout d'halogénures d'hydrogène (hydrohalogénation)

Une autre réaction d’addition électrophile importante aux alcènes est l’hydrohalogénation des alcènes, connue depuis longtemps.

Vous trouverez ci-dessous des exemples typiques d’ajout de HCl, HBr et HI à divers alcènes.

L'effet des substituants alkyle sur la double liaison sur la vitesse d'addition est décrit par la séquence suivante :

R 2 C = CHR > RCH = CHR > RCH = CH 2

Ceci est cohérent avec un mécanisme dans lequel l'étape déterminant la vitesse de la réaction implique la formation d'un carbocation à mesure que la stabilité des cations alkyles diminue dans l'ordre tertiaire > secondaire > primaire. Ainsi, le mécanisme d'addition doit impliquer la formation soit d'un intermédiaire carbocationique libre, ce qui est rarement observé, soit d'un intermédiaire à caractère carbocationique. Ce dernier cas est le plus typique.

Si l’addition se produisait via un « carbocation libre », alors la réaction serait totalement non stéréosélective, puisque les cations alkyles ont une structure plane. Cependant, l'hydrohalogénation se déroule généralement de manière stéréosélective et, en fonction du type d'alcène, de manière sélective. anti-attachement, sélectif syn- ou mixte syn-anti- l'adhésion.

Pour les alcènes dont la double liaison n'est pas conjuguée à un cycle aromatique, elle est caractéristique anti-ajout d'halogénure d'hydrogène. Anti-on observe l'ajout de chlorure et bromure d'hydrogène, de chlorure et bromure de deutérium pour le cyclohexène, le cyclopentène, le 1,2-diméthylhexène, le 1,2-diméthylpentène, cis- Et transe-butène-2, hexène-3 et de nombreux autres alcènes et cycloalcènes simples.

Dans le produit d'addition, des substituants identiques (groupes méthyle) sont situés de différents côtés du plan médian du cycle cyclohexane, il appartient donc à transe-rangée. Anti-l'addition est difficile à concilier avec un mécanisme dans lequel la formation d'un carbocation discret est supposée. Pour un carbocation planaire, l'attaque nucléophile par l'ion halogénure est également probable des deux côtés du plan, ce qui devrait conduire à la formation d'un mélange de produits syn- Et anti- les accessions. La cinétique de l'hydrohalogénation des alcènes indique également un mécanisme d'addition plus complexe. Pour les alcènes non conjugués, la vitesse de réaction est décrite par une équation du troisième ordre avec un deuxième ordre dans l'halogénure d'hydrogène, c'est-à-dire qu'elle correspond au mécanisme Ad E 3.

v = k [alcène] 2

La réaction d'anti-addition et de second ordre sur l'halogénure d'hydrogène s'accorde bien avec le mécanisme Ad E 3, dans lequel un alcène réagit avec deux molécules d'halogénure d'hydrogène, dont l'une agit comme agent électrophile et l'autre comme agent nucléophile.

Ce mécanisme trimoléculaire suppose qu'un complexe d'un alcène et d'une molécule d'halogénure d'hydrogène se forme initialement, suivi de l'attaque d'une deuxième molécule HX sur ce complexe avec anti-côtés sans formation de carbocation discret. Il convient surtout de noter que tout mécanisme trimoléculaire doit être constitué de deux étapes successives, car la collision de trois molécules simultanément est extrêmement improbable.

L'anti-addition indique une attaque nucléophile préférentielle par l'halogénure d'hydrogène du côté opposé à celui où l'alcène est protoné. Au lieu d'un halogénure d'hydrogène, la fonction d'agent nucléophile au stade final peut également être assurée par un ion halogénure. En effet, la vitesse de réaction augmente généralement en proportion directe avec la concentration de l'ion halogénure introduit dans le mélange réactionnel sous forme d'halogénures de tétraalkylammonium NR 4+ X - ou du lithium LiX. Dans ce cas, stéréospécifique anti- l'adhésion.

Pour les alcanes dont la double liaison est conjuguée à un cycle aromatique, elle est caractéristique syn- accession ou mixte syn-anti-ajout d'halogénure d'hydrogène, par exemple :

La synthèse est le processus dominant pour cis- Et transe-les isomères du 1-phénylpropène, du 1-phényl-4-alkylcyclohexènes, de l'acénaphtylène, de l'indène. Lorsque ces alcènes sont protonés, des carbocations de type benzyle se forment, qui sont plus stables que les cations purement alkyle qui apparaissent lors de la protonation des alcènes et cycloalcènes ordinaires. La cinétique de réaction dans ce cas est généralement décrite par une équation du second ordre plus simple v = k[alcène], c'est-à-dire qu'elle correspond au mécanisme bimoléculaire Ad E 2. Le mécanisme Ad E 2 implique la formation d'une paire d'ions impliquant un carbocation et un ion halogénure.

On ne peut pas s’attendre à ce que le mécanisme d’addition impliquant des paires d’ions soit hautement stéréosélectif. Si une paire d'ions est convertie en produit final plus rapidement qu'elle ne peut tourner autour d'une seule liaison carbone-carbone, le résultat final sera syn-addition, où un proton et un ion halogénure sont ajoutés du même côté de la double liaison. Sinon, la formation de produits tels que syn- donc anti- connexion de NH. Ce cas se produit lors de l'hydrohalogénation paire-styrène substitué Z-C 6 H 4 -CH=CH 2. Le modèle observé ici est que syn-l'addition n'est typique que pour les oléfines qui, lorsqu'elles sont protonées, donnent un carbocation relativement stable, c'est-à-dire dans le cas des substituants donneurs Z.

Les réactions d'hydrohalogénation se déroulant selon le mécanisme Ad E 2 sont caractérisées par une compétition entre les processus d'addition et de réarrangement de conjugués, puisqu'un carbocation ou une paire d'ions est formé comme intermédiaire.

À titre d'exemple de réarrangements avec migration 1,2 d'un groupe alkyle et d'un ion hydrure, nous présentons les réactions d'hydrohalogénation du tert-butyléthylène et de l'isopropyléthylène, respectivement.

Lorsque la même réaction est effectuée sans solvant à froid (-78 0 C), il se forme un mélange de 33 % de produits d'addition normaux et 67 % de produits d'addition anormaux (regroupés).

4.3.c. Orientation. La règle de Markovnikov

Contrairement aux électrophiles symétriques (Hal 2), les halogénures d'hydrogène sont des réactifs électrophiles asymétriques. L'ajout de tout électrophile asymétrique (HBr, ICl, H2O, Hg(OAc)2, etc.) à un alcène asymétrique pourrait en principe produire un mélange de deux produits alternatifs, mais en pratique un seul d'entre eux est généralement formé. À titre d’exemple, considérons l’ajout de bromure d’hydrogène au propylène.

En 1870, V.V. Markovnikov a formulé une règle empirique selon laquelle les alcènes asymétriques ajoutent HX de telle manière qu'un produit se forme préférentiellement dans lequel de l'hydrogène est ajouté à l'extrémité la moins substituée et X à l'extrémité la plus substituée de la double liaison.

La règle de Markovnikov s'explique généralement par la différence de stabilité de deux carbocations alternatives. Par exemple, dans l'exemple ci-dessus, normal n Le cation -propyle est beaucoup moins stable que le cation isopropyle et la réaction se déroule donc selon la deuxième voie.

La règle de Markovnikov n'était à l'origine utilisée que pour les cas d'addition de HX à des substrats d'hydrocarbures, mais en principe elle peut être étendue aux réactions d'autres alcènes substitués. Ainsi, l'ajout de HCl à CF 3 CH=CH 2 donne " anti-Markovnikov" CF 3 CH 2 CH 2 Cl. Ceci était prévisible puisque le cation CF 3 CH+ CH 3 est moins stable que le cation CF 3 CH 2 CH 2+ en raison du fort effet (-I) du Groupe CF 3 Le cation CF 3 CH 2 CH 2+ est formé principalement, mais il est également, bien que dans une moindre mesure, déstabilisé par l'effet inductif du groupe CF 3, de sorte que l'ajout de HCl au trifluorométhyléthylène est beaucoup plus lent que l'addition à l'éthylène non substitué.

Pour une raison similaire, les cations vinyltrialkylammonium ajoutent également HBr contre la règle de Markovnikov :

L’ajout de HX à des alcènes ayant de forts substituants (-I) et (-M), par exemple à l’acrylonitrile ou au nitroéthylène, devrait également aller à l’encontre de la règle de Markovnikov. Cependant, dans ce cas, la double liaison est si fortement désactivée vis-à-vis des réactifs électrophiles que ces réactions ne se produisent que dans des conditions très strictes. Le chlorure de vinyle CH 2 =CHCl donne toujours exclusivement des « adduits de Markovnikov ». Par exemple, lorsqu'il réagit avec HCl, seul du 1,1-dichloroéthane (dichlorure géminal) CH 3 CHCl 2 est formé. Le chlore, similaire au groupe CF 3, a un fort effet (-I), et à première vue, il semble que pour cette raison l'ajout devrait avoir une orientation anti-Markovnikov, puisque le cation + CH 2 CH 2 Cl doit être plus stable que le cation CH 3 CH + Cl. Cependant, contrairement au groupe CF 3, le chlore, en plus de l'effet (-I), a également un effet neutralisant (+M) (car il possède des paires isolées). L'expérience montre que l'ampleur de l'effet mésomère est tout à fait suffisante pour abaisser l'énergie du cation 1-chloroéthyle en dessous du niveau d'énergie du cation 2-chloroéthyle, dans lequel l'effet +M ne se manifeste pas.

II. Du point de vue de la théorie de la résonance, la structure du cation 1-chloroéthyle peut être représentée comme suit :

Cependant, l'addition au chlorure de vinyle se produit plus lentement qu'à l'éthylène dans les mêmes conditions, c'est-à-dire que selon l'effet global (-I > +M), le chlore reste un substituant attracteur d'électrons par rapport à l'hydrogène, et le cation 1-chloroéthyle est moins stable que C 2 H 5 + . D'autres halogénures de vinyle réagissent de la même manière avec le HX.

Les éthers vinyliques CH 2 = CHOR ajoutent HX (X = Hal) selon la règle de Markovnikov à un taux beaucoup plus élevé que tous les alcènes substitués énumérés ci-dessus. Cela est dû à l’effet +M significatif du groupe RO. Contrairement à l'atome de chlore, le groupe RO, en termes d'effet électronique total (+M > -I), est un puissant substituant donneur d'électrons qui stabilise efficacement le centre carbocation voisin. La structure du carbocation dans ce cas peut également être représentée comme un ensemble de deux structures de résonance

L'attaque du cation oxonium par un anion halogénure conduit à la formation d'éthers α-halogènes de type CH 3 CH(Hal)OR.

4.3.g. Hydratation des alcènes

L'hydratation des alcènes catalysée par l'acide conduit à la formation d'alcools. La direction d'hydratation des alcènes est déterminée par la règle de Markovnikov, on suppose donc qu'un carbocation se forme comme particule intermédiaire dans cette réaction.

La tendance des carbocations d'alkyle secondaire à se réorganiser empêche l'utilisation de l'hydratation des alcènes pour produire des alcools secondaires.

Cette méthode a trouvé une application limitée en laboratoire uniquement pour la préparation d'alcools tertiaires. La réaction d'hydratation dans ce cas est largement réversible et les alcools tertiaires se forment avec de faibles rendements (40-45 %).

L'hydratation des alcènes les plus simples - l'éthylène et le propylène - est une méthode industrielle importante pour la production d'alcools éthylique et isopropylique.

Dans la pratique en laboratoire, l'hydratation directe des alcènes n'a pas été largement utilisée, à la fois en raison des conditions difficiles et de la formation d'une quantité importante d'alcools isomères. Actuellement, la réaction associée d'hydroxymercuration - la démercuration - est généralement utilisée pour la production régiosélective d'alcools à partir d'alcènes.

4.3.d. Hydroxymercuration-démercuration

Une attaque électrophile de la double liaison d'un alcène peut être réalisée par des ions métalliques, parmi lesquels le cation mercure(II) occupe une place particulière. L'acétate de mercure dans des conditions très douces à 20 0 C s'ajoute aux alcènes présents dans le tétrahydrofurane (THF) aqueux ou dans l'acide acétique aqueux pour former des composés organomercuriels. L'ajout d'acétate de mercure à la double liaison se déroule de manière régiospécifique en stricte conformité avec la règle de Markovnikov, c'est-à-dire que le cation mercure s'attache à l'atome de carbone le moins substitué.

La liaison C-Hg dans les composés organomercuriels peut être facilement clivée par l'action du borohydrure de sodium NaBH 4, formant du mercure et une nouvelle liaison C-H. On suppose que l’hydrure alkylmercurique est obtenu comme intermédiaire instable, qui se décompose ensuite pour libérer du mercure métallique par un mécanisme radicalaire.

Au total, ce processus en deux étapes d'hydroxymercuration-démercuration représente finalement une hydratation régiospécifique d'un alcène selon la règle de Markovnikov dans des conditions extrêmement douces, lorsque la formation de sous-produits est réduite au minimum possible. Ceci peut être clairement illustré à l'aide des exemples suivants, dans lesquels le rendement total en produits de réaction est de 90 à 98 %. Les données numériques fournies dans ce cas n'indiquent pas les rendements des composés résultants, mais leur rapport dans le mélange.

Comme le montrent les exemples ci-dessus, l'hydroxymercuration-démercuration des alcènes assure dans la plupart des cas une hydratation régiospécifique des alcènes avec formation de presque un seul des deux alcools isomères. Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire d'isoler le composé organomercuriel et que les deux procédés peuvent être réalisés directement l'un après l'autre.

L'hydroxymercuration des alcènes asymétriques commence apparemment par l'attaque du cation AcOHg + et la formation comme intermédiaire d'un cation mercurinium cyclique asymétrique (analogue de l'ion halogénium asymétrique), qui s'ouvre ensuite à la suite d'une attaque nucléophile par l'eau au plus atome de carbone substitué, qui porte une plus grande charge positive.

L'ion mercurinium pontant peut être fixé dans un environnement fortement acide non nucléophile même à 20 0 C en ajoutant un agent électrophile plus puissant - le trifluoroacétate de mercure dans un mélange d'acide fluorosulfonique et de pentafluorure d'antimoine.

Le cation mercurinium peut être décomposé non seulement par l'action de l'eau, mais également par d'autres solvants donneurs d'électrons : alcools, acide acétique, acétonitrile, etc. Le produit final de la réaction dans ce cas sera des éthers, des acétates ou des amides N-substitués de acide acétique, respectivement, par exemple :

Lorsque des alcools secondaires ou tertiaires ramifiés sont utilisés dans la réaction d'alcoxymercuration-démercuration, le trifluoroacétate Hg(OCOCF 3) 2 ou le triflate de mercure Hg(OSO 2 CF 3) 2 sont plus efficaces que l'acétate de mercure.

Ainsi, l'hydroxy- et l'alcoxymercuration-démercuration est l'une des meilleures méthodes de préparation pour la synthèse d'alcools et d'éthers avec des radicaux alkyles ramifiés.

L'ajout de sels de mercure aux alcènes est l'exemple le plus frappant de réaction d'addition conjuguée à une double liaison, où le rôle d'agent nucléophile externe est joué par un solvant. La stéréochimie du double processus d'hydroxymercuration-démercuration dépend du résultat stéréochimique de chaque étape individuelle. L'hydroxymercuration est caractérisée par anti-addition, comme pour les autres réactions impliquant un cation cyclique. Cependant, la démercuration radicale n’est pas hautement stéréosélective. Par conséquent, l’ensemble du processus n’est pas non plus stéréospécifique.

4.3.e. Ajout d'alcènes (dimérisation cationique et polymérisation des alcènes)

L'exemple le plus intéressant de ce type de réaction est la dimérisation et la polymérisation de l'isobutylène en présence d'acide sulfurique.

Le nom technique de ce mélange d'alcènes est « diisobutylène ». Cette réaction se déroule selon un mécanisme cationique, similaire au mécanisme d'addition d'acides minéraux à la double liaison des alcènes. Dans la première étape, un proton s'attache à une molécule d'isobutylène pour former un composé relativement stable. frotte-cation butyle. Formé en outre frotte Le cation -butyle (acide de Lewis) réagit avec une molécule d'isobutylène (base de Lewis) pour former un nouveau cation octyle tertiaire stable.

Dans ces conditions, sous l'action de bases (ions H 2 O, HSO 4 -), le carbocation octyle perd rapidement un proton et se transforme en un mélange de pentènes isomères, puisque l'abstraction du proton se fait à partir de deux positions différentes :

La formation préférentielle d'un alcène thermodynamiquement moins stable - le 2,4,4-triméthylpentène-1 (80 % dans le mélange réactionnel) est associée à une plus grande accessibilité spatiale pour l'attaque par la base des atomes d'hydrogène des groupes méthyle, par rapport à l'hydrogène. atomes du groupe méthylène. Industriellement, le « diisobutylène » est hydrogéné avec du Ni-Raney pour produire de l'« isoctane » (le nom technique de l'hydrocarbure 2,2,4-triméthylpentane), utilisé comme carburant à indice d'octane élevé pour les moteurs à combustion interne.

À des concentrations élevées d'acide sulfurique (plus de 80 %), la polymérisation cationique de l'isobutylène se produit pour former un polymère appelé polyisobutylène (-CH 2 C(CH 3) 2 -) n. Ce polymère de type caoutchouc est utilisé pour produire des revêtements anticorrosion et imperméabilisants, des mastics, etc.

Outre l'isobutylène, le 3-méthylbutène-1, les éthers vinyliques et certains dérivés du styrène, capables de former des carbocations relativement stables, sont polymérisés par le mécanisme cationique. Le fluorure d'hydrogène et les acides de Lewis sont également utilisés comme catalyseurs de polymérisation cationique : BF 3, AlCl 3, AlBr 3, etc. en présence de très faibles quantités d'eau.

4.3.g. Ajout d'alcanes (alkylation d'alcènes)

Une autre méthode industrielle de synthèse de « l'isooctane » repose sur la réaction de l'isobutylène avec un excès d'isobutane en présence d'acide sulfurique concentré ou dans du fluorure d'hydrogène anhydre à 0,10 0 C.

Cette réaction se déroule également par un mécanisme cationique et, ce qui est particulièrement intéressant, constitue un exemple de processus cationique en chaîne. Tout d'abord, l'isobutylène se dimérise dans les conditions de réaction pour former un cation octyle tertiaire (CH 3) 3 CCH 2 C + (CH 3) 2. Le mécanisme de sa formation est décrit en détail dans la section précédente. Ensuite, il y a un transfert rapide d’hydrogène (sous forme d’ion hydrure) de l’isobutane au cation octyle pour former une molécule « isoctane » et un nouveau cation tert-butyle, qui à son tour réagit rapidement avec l’isobutylène pour former un nouveau cation. cation octyle, etc.

En plus de la synthèse de « l'isooctane », cette méthode d'alkylation est utilisée dans l'industrie pétrochimique pour la synthèse d'hydrocarbures ramifiés à haut point d'ébullition à partir d'alcènes ramifiés et d'alcanes à bas point d'ébullition en utilisant la fraction de craquage thermique.

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

Nom		t pl,°С	t kips, °C
Éthylène (éthène)
Propylène (propène)
Butylène (butène-1)
Cis-butène-2
Trans-butène-2
Isobutylène (2-méthylpropène)
Amylène (pentène-1)
Hexylène (hexène-1)
Heptylène (heptène-1)
Octylène (octène-1)
Nonylène (nonène-1)
Décylène (décène-1)

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 par 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)

Réactions d'oxydation

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.

L'un des rares alcènes naturels est le muscalur ( cis- 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 composé organique le plus produit au monde ; La production mondiale totale d'éthylène en 2008 était de 113 millions de tonnes et continue de croître de 2 à 3 % par an.

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 forte 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 alcènes constituent une classe de substances plus actives que les alcanes. Les propriétés chimiques des alcènes sont déterminées par la structure de leurs molécules.

Structure

Les hydrocarbures insaturés - alcènes ou oléfines - diffèrent des autres classes de substances organiques par la présence d'une liaison double ou π entre les atomes de carbone. Une double liaison peut être située n’importe où dans une molécule.

Une liaison pi est formée par des orbitales p qui se chevauchent. En raison du fait que l'orbitale p a des extensions dans les deux sens à partir de l'axe et ressemble à un haltère, la liaison pi se produit à deux endroits. Contrairement à la liaison σ, qui se produit lorsque les orbitales s se chevauchent sous la forme d'une sphère, la liaison π est moins forte et est facilement détruite par d'autres composés. Cela détermine l'activité des alcènes.

Riz. 1. Liaison π et liaison σ.

La double liaison agit comme donneur d’électrons dans les réactions supplémentaires. Par conséquent, les alcènes sont caractérisés par des réactions d’addition électrophiles.

Propriétés physiques

Propriétés physiques générales des alcènes :

• les points de fusion et d'ébullition augmentent avec l'augmentation du poids moléculaire dans la série homologue ;
• ne pas dissoudre dans l'eau;
• adhèrent à la surface de l'eau car leur densité est plusieurs fois inférieure à la densité de l'eau ;
• dissoudre dans des solvants organiques - alcools, éthers.

L'état d'agrégation des substances varie en fonction du nombre d'atomes de carbone dans la série homologue. Les alcènes comportant 2 à 4 atomes de carbone sont des gaz. Du peptène (C 5 H 10) à l'heptadécène (C 17 H3 4), les substances sont à l'état liquide. Les alcènes contenant plus de 17 atomes de carbone sont des solides.

Riz. 2. Série homologue d'alcènes.

Propriétés chimiques

Les caractéristiques et les exemples des propriétés chimiques des alcènes sont donnés dans le tableau.

Réaction	Description	Équations de réaction
Hydrogénation - ajout d'hydrogène	Cela se produit à haute pression en présence d'un catalyseur - nickel, palladium ou platine. Des alcanes se forment - des hydrocarbures saturés	CH 2 =CH-CH 3 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Halogénation - ajout d'halogènes	Se produit dans des conditions normales. Les halogènes s'ajoutent via une double liaison. Des dihaloalcanes se forment	CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl (1,2-dichloroéthane) ; CH 3 -CH=CH-CH 3 + Br 2 → CH 3 -CH-Br-CH-Br-CH 3 (2,3-dibromobutane)
Hydrohalogénation - ajout d'halogénures d'hydrogène	Réaction d'addition électrophile. Un électrophile est un proton d'hydrogène dans un halogène. Des haloalcanes se forment	CH 2 =CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (chloroéthane)
Hydratation - ajout d'eau	La réaction a lieu en présence d'acides inorganiques - sulfurique et phosphorique. Ils agissent comme un catalyseur et sont des sources d'hydrogène. Des alcools monohydriques se forment	CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 OH
Polymérisation - augmenter le nombre d'atomes	Se produit en présence d'un catalyseur à pression et température élevées. Le polyéthylène, le chlorure de polyvinyle, le polypropylène sont ainsi produits	nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -)n
	Se produit lorsqu'il y a un excès d'oxygène	CH 2 =CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + H 2 O
Oxydation incomplète	Se produit en présence d'un catalyseur. L'alcène mélangé à l'oxygène passe sur de l'argent chauffé. L'époxyde se forme - oxyde d'alcène	2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2CH 2 -O-CH 2
Réaction de Wagner	Oxydation au permanganate de potassium en milieu alcalin ou neutre. Des alcools se forment	3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH-CH 2 OH + 2KOH + 2MnO 2
Oxydation au permanganate de potassium bouillant en milieu acide	Des acides carboxyliques se forment	CH 3 -CH=CH-CH 3 + 4[O] → 2CH 3 COOH

Lorsqu'ils sont chauffés en présence d'un catalyseur, les alcènes subissent une réaction d'isomérisation. La position de la double liaison ou la structure du squelette carboné change. Par exemple, le butène-1 (la position de la double liaison entre le premier et le deuxième atomes) devient le butène-2 ​​(la double liaison est « décalée » vers le deuxième atome).

Riz. 3. Isomérisation des alcènes.

Qu'avons-nous appris ?

Lors d'un cours de chimie de 10e année, nous avons appris les propriétés chimiques des alcènes. La double liaison rend ces substances plus actives que les alcanes. Les alcènes interagissent avec les halogènes, l'oxygène, l'eau, l'hydrogène et les halogénures d'hydrogène. La plupart des réactions ont lieu en présence d'un catalyseur à haute température ou à pression élevée. Les alcènes fabriquent des polymères. Les isomères se forment également sous l'influence de catalyseurs.

Test sur le sujet

Évaluation du rapport

Note moyenne: 4.6. Total des notes reçues : 151.