Alkena

Alkena dan sikloalkena ialah hidrokarbon yang mempunyai satu atau lebih ikatan ganda dua karbon-karbon. Ia adalah hidrokarbon tak tepu kerana tidak mempunyai bilangan atom maksimum yang dapat ditempatkan pada setiap karbon. Alkena juga dikenali sebagai olefin.

Lebih reaktif berbanding alkana kerana adanya ikatan ganda dua, ia dapat melunturkan warna perang air bromin atau melunturkan warna ungu larutan kalium manganat (VII) berasid. Ia menghasilkan lebih banyak jelaga apabila terbakar kerana peratus karbon dalam molekulnya lebih tinggi.

Sifat fizik alkena

Alkena diperolehi daripada petroleum dan gas asli. Sebagai hidrokarbon, ia terdiri daripada hidrogen dan karbon sahaja.

Alkena bersifat neutral. Sedangkan ia tidak larut dalam air, ia larut dalam pelarut organik. Alkana dan alkena dalam bentuk cecair adalah kurang tumpat daripada air.

Sifat kimia alkena

Kebanyakan tindak balas yang dijalani oleh alkena ialah tindak balas penambahan elektrofilik. Hasil tindak balasnya adalah mengikut Hukum Markonikov.
Boleh dioksidakan dengan kalium permanganat berasid atau kalium dikromat berasid untuk membentuk sebatian diol. Jika ozon digunakan, ozonolisis berlaku membentuk sebatian karbonil.
Terbitan alkena amat penting dalam pembentukan polimer.

Dalam kimia organik, alkena yang merupakan hidrokarbon tak tepu yang mengandungi sekurang-kurangnya satu karbon-karbon ikatan berganda. Alkena, etana, dan olefin digunakan sering bertukar ganti (lihat bahagian tatanama di bawah). Alkena acyclic, dengan hanya satu ikatan kembar dan tiada kumpulan berfungsi lain, yang dikenali sebagai mono-enes, membentuk satu siri homolog hidrokarbon dengan rumus umum C_nH_2n. Alkena mempunyai dua atom hidrogen kurang daripada alkana yang sepadan (dengan nombor yang sama atom karbon). Alkena yang paling mudah, etilena (C₂H₄), yang mempunyai nama IUPAC "etena" adalah sebatian organik yang dihasilkan dalam skala terbesar industri. Sebatian aromatik sering dilukis sebagai alkena kitaran, tetapi struktur dan sifat-sifat mereka adalah berbeza dan mereka tidak dianggap sebagai alkena.^[1]

Struktur

Ikatan

Seperti ikatan kovalen tunggal, ikatan kembar boleh digambarkan dari segi pertindihan orbital atom, kecuali bahawa, tidak seperti ikatan tunggal (yang terdiri daripada satu ikatan sigma tunggal), ikatan karbon-karbon dua terdiri daripada satu ikatan sigma dan satu ikatan pi. Ikatan kembar ini adalah lebih kuat daripada ikatan kovalen tunggal (611 kJ / mol untuk C = C vs 347 kJ / mol untuk C-C) dan juga lebih pendek dengan panjang ikatan purata 1.33 angstroms (133 pm).

Setiap karbon ikatan kembar menggunakan tiga orbital hibrid sp² untuk membentuk ikatan sigma tiga atom. The unhybridized 2p orbital atom, yang terletak serenjang kepada satah dicipta oleh paksi daripada tiga orbital hibrid sp², bergabung untuk membentuk ikatan pi. Ikatan ini terletak di luar paksi C-C utama, dengan separuh daripada bon di satu pihak dan setengah yang lain.

Struktur Isomerisme

Alkena yang mempunyai empat atau lebih atom karbon boleh membentuk isomer struktur yang pelbagai.Kebanyakan alkena juga adalah isomer bagi sikloalkana .Isomer struktur alkena asiklik dengan hanya satu ikatan adalah seperti berikut: ^[2]

C₂H₄: ethylene sahaja
C₃H₆: propylene sahaja
C₄H₈: 3 isomers: 1-butene, 2-butene, dan isobutylene
C₅H₁₀: 5 isomers: 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene
C₆H₁₂: 13 isomers: 1-hexene, 2-hexene, 3-hexene, methylpentene (7 isomers), dimethylbutene (3 isomers)
C₇H₁₄: 27 isomers
C₁₂H₂₄: 2,281 isomers
C₃₁H₆₂: 193,706,542,776 isomers

Kebanyakan molekul ini mempamerkan isomerisme cis-trans .Terdapat atom karbon kiral khususnya dalam molekul yang lebih besar (dariC₅ ).Bilangan isomer berpotensi meningkat dengan cepat dengan penambahan atom karbon.

Ciri-ciri fizikal

Ciri-ciri fizikal alkena dan alkana adalah sama. Kedua-duanya tidak berwarna, tidak berkutub, mudah terbakar, dan hampir tidak berbau. Keadaan fizikal bergantung kepada jisim molekul: seperti hidrokarbon tepu yang sepadan, yang paling mudah alkena, etena, propena dan butena adalah gas pada suhu bilik. Alkena linear yang memiliki 5-16 karbon adalah cecair, dan alkena yang dengan bilangan karbon yang lebih tinggi merupakan pepejal berlilin.

Reaksi

Alkena adalah sebatian yang agak stabil, tetapi lebih reaktif daripada alkana, sama ada kerana kereaktifan karbon-karbon pi-bon atau kehadiran pusat allylic CH. Kebanyakan tindak balas alkena melibatkan penambahan kepada ikatan pi ini, membentuk ikatan tunggal baru. Alkena bertindak sebagai bahan mentah bagi industri petrokimia kerana mereka boleh mengambil bahagian dalam pelbagai reaksi, jelas, pempolimeran dan alkylation

Reaksi penambahan

Alkena bertindak balas dalam tindak balas samping itu, ramai, yang berlaku dengan membuka dua bon. Reaksi samping paling untuk alkena mengikuti mekanisme tambahan elektrofilik. Contoh reaksi samping itu adalah hydrohalogenasi, halogen, pembentukan halohidrin, oxymercuration, hydroboration, tambahan dichlorocarbene, tindak balas Simmons-Smith, penghidrogenan bermangkin, pengepoksidaan, pempolimeran radikal dan hydroksilasi.

Penghidrogenan

Penghidrogenan alkena menghasilkan alkana sepadan. Tindak balas ini dijalankan di bawah tekanan pada suhu 200°C dengan kehadiran pemangkin logam. Pemangkin industri yang sama adalah berdasarkan pada platinum, nikel atau palladium. Untuk sintesis makmal, Raney nikel (aloi nikel dan aluminium) sering digunakan. Contoh yang paling mudah tindak balas ini adalah penghidrogenan bermangkin etilena untuk menghasilkan etana:

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

Penghidratan

Penghidratan, penambahan air seluruh ikatan kembar alkena, menghasilkan alkohol. Tindak balas ini dimangkinkan oleh asid kuat seperti asid sulfurik. Tindak balas ini dijalankan pada skala industri untuk menghasilkan etanol.

CH₂=CH₂ + H₂O → CH₃-CH₂OH

Halogen

Dalam halogen elektrofilik, penambahan bromin unsur atau klorin untuk alkena menghasilkan visinal dibromo- dan dikloroalkana (1,2-dihalida atau dihalida etilena), masing-masing. Penyembunyian warna larutan bromin dalam air adalah ujian analisis kehadiran alkena:

CH₂=CH₂ + Br₂ → BrCH₂-CH₂Br

Tindak balas yang berkaitan juga digunakan sebagai langkah-langkah kuantitatif unsaturation, dinyatakan sebagai bilangan bromin dan bilangan iodin sebatian atau campuran.

Hydro Sambutan berhalogen

Hydrohalogenasi ialah penambahan hidrogen halida seperti HCl atau HI untuk alkena untuk menghasilkan haloalkana sepadan.

CH₃-CH=CH₂ + HI → CH₃-CHI-CH₂-H

Jika kedua-dua atom karbon pada ikatan kembar dikaitkan dengan nombor yang berbeza daripada atom hidrogen, halogen itu didapati secara pilihan pada karbon dengan gantian hidrogen yang lebih sedikit. Pola ini dikenali sebagai hukum Markovnikov. Penggunaan pemula radikal atau sebatian lain yang boleh membawa kepada hasil produk yang bertentangan. Asid Hydrobromic khususnya terdedah kepada membentuk radikal di hadapan pelbagai kekotoran atau oksigen atmosfera, yang membawa kepada pembalikan hasil Markovnikov ini: ^[3]

CH₃-CH=CH₂ + HBr → CH₃-CHH-CH₂-Br

Pembentukan Halohidrin

Alkena bertindak balas dengan air dan halogen untuk membentuk halohidrin oleh reaksi sampingan. Markovnikov regiochemistry dan antistereokimia berlaku.

CH₂=CH₂ + X₂ + H₂O → XCH₂-CH₂OH + HX

Pengoksidaan

Alkena teroksida dengan sejumlah besar agen pengoksidaan. Dalam kehadiran oksigen, alkena terbakar dengan nyalaan cerah untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Pengoksidaan pemangkin dengan oksigen atau tindak balas dengan asid percarboxylic menghasilkan epoxides. Tindak balas dengan ozon dalam ozonolysis membawa untuk memecahkan ikatan kembar, menghasilkan dua aldehid atau keton. Tindak balas dengan pekat, KMnO4 panas (atau garam pengoksidaan lain) dalam larutan berasid akan menghasilkan keton atau asid karboksilik

R₁-CH=CH-R₂ + O₃ → R₁-CHO + R₂-CHO + H₂O

Tindak balas ini boleh digunakan untuk menentukan kedudukan ikatan berganda dalam alkena yang tidak diketahu

Pengoksidaan boleh berhenti di diol yang visinal bukannya belahan penuh alkena dengan menggunakan lebih ringan (mencairkan, suhu yang lebih rendah) KMnO4 atau dengan tetroxide Osmium atau oksida yang lain

Photooxygenation

Di hadapan photosensitiser yang sesuai, seperti metilena biru dan cahaya, alkena boleh mengalami tindak balas dengan spesies oksigen reaktif yang dihasilkan oleh photosensitiser, seperti radikal hidroksil, oksigen singlet atau superoxide ion. Ini perantaraan fotokimia reaktif dihasilkan dalam apa yang dikenali sebagai Jenis I, Jenis II dan Jenis III proses, masing-masing. [Rujukan?] Ini pelbagai proses alternatif dan tindak balas boleh dikawal dengan pilihan daripada keadaan tindak balas tertentu, yang membawa kepada pelbagai produk yang berbeza. Satu contoh yang biasa adalah [4 + 2] cycloaddition oksigen singlet dengan diene seperti cyclopentadiene untuk menghasilkan endoperoxide yang:

Contoh lain adalah reaksi Schenck ene, di mana singlet oksigen bertindak balas dengan struktur allylic untuk memberi allyl peroksida ditukar:

Pempolimeran

Pempolimeran alkena adalah tindak balas yang menghasilkan polimer nilai industri tinggi pada ekonomi yang besar, seperti polietilena plastik dan polipropilena. Polimer dari monomer alkena yang disebut dalam satu cara umum sebagai polyolefins atau dalam keadaan yang jarang berlaku seperti polyalkenes. Satu polimer daripada alpha-olefin dipanggil polyalphaolefin (PAO). Pempolimeran boleh meneruskan melalui sama ada radikal bebas atau mekanisme ionik, menukarkan dua kali untuk satu ikatan tunggal dan membentuk ikatan tunggal untuk menyertai monomer lain. Pempolimeran Dienes conjugated seperti buta-1,3-diene atau isoprena (2-methylbuta-1,3-diene) menghasilkan sebahagian besarnya 1,4-tambahan dengan mungkin beberapa 1,2-penambahan monomer diene untuk polimer yang semakin meningkat rantai

Kompleksasi logam

Structure of bis(cyclooctadiene)nickel(0), a metal–alkene complex

Alkena adalah ligan dalam peralihan kompleks logam alkena. Kedua-dua karbon pusat bon kepada logam menggunakan CC PI- dan pi * orbital. Mono dan diolefins sering digunakan sebagai ligan di kompleks stabil. Cyclooctadiene dan norbornadiene adalah ejen chelating popular, dan juga etilena sendiri kadang-kadang digunakan sebagai ligan, sebagai contoh, dalam garam Zeise ini. Di samping itu, kompleks logam-alkena adalah perantaraan dalam banyak tindak balas logam pemangkin termasuk penghidrogenan, hidropengformilan dan pempolimeran.

Sintesis

Kaedah perindustrian

Alkena dihasilkan oleh keretakan hidrokarbon. Bahan-bahan mentah kebanyakannya komponen kondensat gas asli (terutamanya etana dan propana) di Amerika Syarikat dan Timur Tengah dan naphtha di Eropah dan Asia. Alkana yang rosak selain pada suhu yang tinggi, selalunya dalam kehadiran pemangkin zeolite, untuk menghasilkan campuran alkena terutamanya alifatik dan bawah alkana berat molekul. Campuran adalah bahan mentah dan suhu bergantung kepada, dan dipisahkan oleh penyulingan berperingkat. Ini adalah terutamanya digunakan untuk pembuatan alkena kecil (sehingga enam karbon).^[4]

Cracking of n-octane to give pentane + propene

Berkaitan dengan ini ialah nyahhidrogenan pemangkin, di mana alkana yang kehilangan hidrogen pada suhu yang tinggi untuk menghasilkan alkena yang sepadan. Ini adalah belakang penghidrogenan bermangkin alkena.

Dehydrogenation of butane to give butadiene and isomers of butene

Proses ini juga dikenali sebagai pembaharuan. Kedua-dua proses adalah endotermik dan digerakkan ke arah alkena pada suhu yang tinggi oleh entropi.

Sintesis pemangkin α-alkena yang lebih tinggi (dari jenis RCH yang = CH2) juga boleh dicapai dengan reaksi etilena dengan triethylaluminium sebatian organologam di hadapan nikel, kobalt, atau platinum.

Reaksi penghapusan

Salah satu kaedah utama untuk sintesis alkena di dalam makmal adalah penghapusan alkil halida, alkohol, dan sebatian yang serupa. Paling biasa adalah β-penghapusan melalui mekanisme E2 atau E1, tetapi α-penyingkiran juga dikenali.

Mekanisme E2 menyediakan kaedah β-penghapusan yang lebih dipercayai daripada E1 bagi kebanyakan sintesis alkena. Kebanyakan penyingkiran E2 bermula dengan halida alkil atau alkil ester sulfonate (seperti tosylate atau triflate). Apabila halida alkil digunakan, tindak balas yang dipanggil dehydrohalogenation a. Untuk produk simetri, alkena lebih diganti (orang-orang dengan kurang hidrogen bertugas di C = C) cenderung untuk menguasai (lihat peraturan Zaitsev ini). Dua kaedah yang sama tindak balas penyingkiran adalah dehydrohalogenation alkil halida dan dehidrasi alkohol. Satu contoh yang biasa adalah seperti berikut; ambil perhatian bahawa jika boleh, H adalah anti kepada kumpulan yang meninggalkan, walaupun ini membawa kepada Z-isomer yang kurang stabil.^[5]

Alkena boleh disintesis daripada alkohol melalui dehidrasi, di mana air kes hilang melalui mekanisme E1. Sebagai contoh, dehidrasi etanol menghasilkan etena:

CH₃CH₂OH + H₂SO₄ → H₂C=CH₂ + H₃O⁺ + HSO₄⁻

Alkohol juga boleh ditukarkan kepada kumpulan yang lebih baik meninggalkan (contohnya, xanthate), untuk membenarkan syn-penghapusan yang lebih ringan seperti penghapusan Chugaev dan penghapusan Grieco itu. Reaksi berkaitan termasuk penyingkiran dengan β-haloethers (sintesis olefin Boord) dan ester (ester pirolisis).

Alkena boleh disediakan secara tidak langsung daripada amina alkil. The amina atau ammonia bukan kumpulan meninggalkan yang sesuai, supaya amina adalah pertama memuat alkylated (seperti dalam penghapusan Hofmann) atau dioksidakan kepada oksida amina (reaksi Cope) untuk memberi penghapusan yang licin mungkin. The Cope tindak balas adalah syn-penyingkiran yang berlaku pada atau di bawah 150 ° C, contohnya: ^[6]

Synthesis of cyclooctene via Cope elimination

The Hofmann penghapusan adalah luar biasa kerana kurang digantikan (bukan Saytseff) alkena biasanya produk utama.

Alkena dijana dari sulfones α-halo dalam reaksi Ramberg-Bäcklund, melalui cincin sulfone tiga Members pertengahan.

Rujukan

^ Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). "Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995)". Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307–1375. doi:10.1351/pac199567081307.
^ Sloane, N. J. A. (penyunting). "Sequence A000631 (Number of ethylene derivatives with n carbon atoms)". The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences (dalam bahasa Inggeris). OEIS Foundation.
^ Streiwieser, A.; Heathcock, C.H.; Kosower, E.M. (1992). "11.6.
^ Wade. m/s. 309. Missing or empty |title= (bantuan)
^ Cram, D.J.; Greene, Frederick D.; Depuy, C. H. (1956).
^ Bach, R.D.; Andrzejewski, Denis; Dusold, Laurence R. (1973).

Pautan luar

Kategori berkenaan Alkena di Wikimedia Commons

[PAC1995-1] Moss, G. P.; Smith, P. A. S.; Tavernier, D. (1995). "Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995)". Pure and Applied Chemistry. 67 (8–9): 1307–1375. doi:10.1351/pac199567081307.

[2] Sloane, N. J. A. (penyunting). "Sequence A000631 (Number of ethylene derivatives with n carbon atoms)". The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences (dalam bahasa Inggeris). OEIS Foundation.

[3] Streiwieser, A.; Heathcock, C.H.; Kosower, E.M. (1992). "11.6.

[Wade-4] Wade. m/s. 309. Missing or empty |title= (bantuan)

[Cram1956-5] Cram, D.J.; Greene, Frederick D.; Depuy, C. H. (1956).

[CopeElimination1973-6] Bach, R.D.; Andrzejewski, Denis; Dusold, Laurence R. (1973).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Kawalan kewibawaan
Perpustakaan negara	Perancis (data) Jerman Israel Amerika Syarikat Jepun Republik Czech
Lain-lain	Aplikasi Berfaset Terminologi Subjek