Alkének
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.
Az alkének olyan telítetlen szénhidrogének, amelyekben egy vagy több szén-szén kétszeres kötés található. Régies olefin nevük onnan származik, hogy a kisebb rendszámú alkének halogéneke addíciójával olajszerű termékké alakultak. A legegyzerűbb alkén az etén. A molekulában lévő szénatomok közti kettős kötések száma szerint léteznek mono-, di-, triolefinek. Az egy kettős kötést tartalmazó alkének homológ sort alkotnak. Általános képletük: CnH2n. Léteznek gyűrűs olefinek is, ezek neve cikloalkán vagy cikloolefin.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Csoportosításuk
Az alapján, hogy az akénekben hány kettős kötést tartalmaznak, a monoolefin, diolefin, triolefin, stb. csoportokra oszthatók. A kettő vagy több kettős kötést tartalmazó alkének neve: polién vagy pliolefin. A diolefinek, a két kettős kötést tartalamzó alkének (diolefinek, diének)az alapján csoportosíthatók, hogy a kettős közések egymáshoz képest hogyan helyezkednek el. A kumulált diénekben a két kettős kötés közvetlenül egymás mellett található a konjugált diénekben a kettős kötések között egy, az izolált diénekben kettő vagy kettőnél több egyszeres kötés található.
[szerkesztés] Izoméria
Az alkánokhoz hasonlóan az alkéneknél is fellép a szerkezeti vagy konstitúciós izoméria. Több szerkezeti izomerjük lehetséges, mint az alkánoknak, mert olyan izomerek is léteznek, amelyekben a kettős kötés helyében van különbség. Például háromféle négy szénatomos monoolefin létezik, a 2-metilpropén, a but-1-én (vagy más néven 1-butén) és a but-2-én (vagy 2-butén).
[szerkesztés] Geometriai izoméria
Az alkénekben nem lehetséges rotáció (elfordulás) a kettős kötés körül. Ezért az etilén 1,2-diszubsztituált származékainak (olyan származékainak, amelyben a mindkét szénatomon helyettesítve van 1-1 hidrogén valamilyen csoporttal) tekinthető alkéneknél fellép a geometriai vagy cisz-transz izoméria. A cisz-transz izoméria a sztereoizoméria egyik fajtája, azaz az izomerek között csak az atomok térbeli ehelyezkedésében van különbség. A 2-buténnek például két sztereoizomerje létezik, ezek neve cisz-2-butén és transz-2-butén. Az előbbiben a két metilcsoport a kettős kötés azonos, az utóbbiban az ellentétes oldalán található. A kétféle izomert szokás Z, illetve E betűkkel is jelölni. A cisz-transz izomerek közül mindig a cisz-változatnak nagyobb az energiatartalma, a transz-izomer a stabilabb.
[szerkesztés] Fizikai tulajdonságaik
A monoolefinek homológ sorának első négy tagja szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, az 5 és a 15 közti szénatomszámúak folyadékok, az ennél több szénatomot tartalmazók szilárdak. A konjugált diének közül a butadién gáz (forráspontja -4,4 °C), az izoprén és a gyűrűs ciklopentadién cseppfolyós halmazállapotú. Apoláris vegyületek, vízben alig, szerves oldószerekben jól oldódnak.
[szerkesztés] Kémiai tulajdonságaik
Az alkének nagyon reakcióképes vegyületek, szemben a kis reakciókészségű alkánokkal. Amíg általában a telített szénhidrogénekre a szubsztitúciós reakciók a jellemzők, addig az alkéneknél az addíciós reakciók a meghatározók.
[szerkesztés] Addíciós reakciók
A nyílt láncú alkének hidrogénnel alkánokká, a gyűrűs cikloolefinek cikloalkánokká telíthetők. A hidrogénaddíció nikkel vagy platinakatalizátor jelenlétben játszódik le. A nyílt láncú olefinek telítésének reakcióegyenlete:
Az alkének halogénekkel nagyon könnyen addíciós reakcióba lépnek. A reakciókészség Cl < Br < I irányban nő. Az addíciót indifferens, a reakció szempontjából közömbös oldószerben végzik. A brómaddíció egyrészt az alkének kétszeres kötésének kimutatására használható, az addíció során a bróm színe eltűnik. Másrészt átmenetileg megvédhető vele a kettős kötés, mert a két brómatom cink segítségével könnyen eltávolítható (elimináció). A brómaddíció egyenlete:
Az alkének könnyen addícionálnak hidrogén-halogenideket is. Az addíció során alkil-halogenidek keletkeznek. A hidrogén-halogenidek addíciójára általában érvényes a Markovnyikov-szabály: az alkén úgy addícionálja a hidrogén-halogenidet, hogy a hidrogénje a kettős kötésnek ahhoz a szénatomjához kötődik, amelyhez eleve is több hidrogén kapcsolódott, a halogénatom pedig a másik szénatomhoz kapcsolódik. Például a propilén hidrogén-jodid addíciója pédául 2-jód-propánhoz vezet.
A hidrogén-bromid addíciója oxidálószerek jelenlétében azonban nem a Markovnyikov-szabály szerint történik. (A hidrogén arra a szénatomra lép be, ahol eredetileg kevesebb hidrogén volt). A reakciókészég hidrogén-halogenidek esetén HCl < HBr < HI irányban nő.
Az alkének kénsavaddíciója is a hidrogén-halogenid addícióhoz hasonló módon játszódik le. A reakcióban alkilhidrogénszulfátok, savanyú kénsavészter jellegű vegyületek képződnek. A Markovnyikov-szabály itt is érvényes, például propilénből izoporpil-hidrogénszulfát keletkezik. A reakció gyakorlati jelentősége nagy, mert a keletkezett észterek alkoholokká hidrolizálhatók, és így alkénekből alkoholok állíthatók elő.
Az alkének hipoklórossav-addíciójánál a Markovnyikov-szabály úgy érvényesül, hogy a halogén kapcsolódik ahhoz a szénatomhoz, amelyen több hidrogén van. A keletkező klórhidrinek gyakorlati jelentősége nagy.
[szerkesztés] Polimerizáció
A polimerizáció vagy poliaddíció az alkénk fontos és nagy gyakorlati jelentőségű reakciója. Polimerizáció során nagyon sok alkénmolekula kapcsolódik össze óriásmolekulává. A polimerizáció is addíciós folymatnak tekinthető. A polimeritáció savakkal vagy peroxidokkal katalizálható, a katalizátor a reakció mechamizmusát is befolyásolja. Az alkének és az alkénszármazékok polimerizációs termékei fontos műanyagok, elilén polimerizációjakor polietilén, propilénből polipropilén, sztirolból polisztirol, vinil-kloridból PVC, izoprénből kaucsuk, kloroprénből klórkaucsuk keletkezik. A polimerizáció általános reakcióegyenlete:
[szerkesztés] Oxidációs reakciók
Az alkének telítetlen kötése érzékeny oxidációval szamben. Enyhébb oxidáció során (például hidrogén-peroxiddal oxidálva vagy kálium-permanganát hatására lúgos közegben) az alkének először epoxidokká oxidálódnak. Az epoxidok háromtagú gyűrűs heterociklusos vegyületek, a gyűrűjükben oxigénatom található. Gyűrűs éteteknek tekinthetők, igen reakcióképes vegyületek. Az oxidációkor keletkező epxidok víz hatására könnyen kétértékű alkoholokká hidrolizálnak. A legegyszerűbb alkén, az etilén oxidációjakor például először etilénoxid keletkezik, majd ez hidrolizál etilénglikollá.
Az alkének kálium-permanganáttal lúgos közegben végzett oxidációja a telítetlen kötés kimutatására használható, mert a reakció a permanganát elszíntelenedésével jár (Baeyer-próba).
Az alkének erőtejes oxidációjakor kettős kötésük felhasad, az eredatileg a kétszeres kötést alkotó szénatomok karboxilcsoporttá oxidálódnak. A reakcióban karbonsavak keletkeznek, 1-buténből egy molekula hangyasav és egy molekula propionsav, 2-buténből két molekula ecetsav.
Oxidációs reakció az ozonidos lebontás is. Az alkének ózon hatására gyűrűs ozonidok keletkeznek, ez a reakció is a kétszeres kötés elszakadásával jár. A keletkező ozonidok instabilak, robbanékonyak, víz hatására oxovegyületekre (aldehidekre és/vagy ketonokra) és hidrogén-peroxidra hidrolizálnak. Az ozonidos lebontás a kettős kötés helyének meghatározására használható. Izobutilén (2-metilpropén) lebontásakor például aceton és formaldehid keletkezik.
[szerkesztés] Szubsztitúciós reakciók
Az alkének szubsztitúciós reakciói kevésbé jelentősek, mint az addíciós reakciók, egyedül a halogénezés jelentős. Az allilhelyzetű szénatomhoz (A kétszeres kötéshez közvetlenül kapcsolódó telített szénatomhoz) kapcsolódó hidrogénatomok bizonyos módszerekkel halogénre cserélhetők. Az allilhelyzetű brómozás N-bróm-szukcinimiddel végezhező el, az alkén kloroformos oldatának forralásával (Ziegler-féle brómozás). A propén 500 °C-on klórozható az allilhelyzetű szénatomján, allilklorid keletkezik. Ez egy gyökös mechanizmus szerint lejátszódó szubsztitúciós reakció.
[szerkesztés] Előállításuk
Az akkének telített vegyületekből eliminációval állíthatók elő. Az elimináció során a telített vegyület két szomszédos atomjáról egy-egy atom vagy atomcsoport távozik.
Alkének nyerhetők telített szénhidrogénekből dehidrogénezéssel. Iparilag a fontosabb szénhidrogéneket a kőolaj krakkoló lepárlásával gyártják. A krakkolást magas hőmérsékleten (800-900 °C) végzik, a krakkolás dehidrogéneződéssel jár. A keletkző gázelegy (krakkgázok) fontos alkéneket, etiléntnt, propilént és butiléneket tartalmaz.
A vicinális dihalogénezett szénhidrogénekből (olyan szénhidrogénekből, amelynek két szomszédos szénatomjához is halogénatom kapcsolódik) fémek, pédául cink vagy réz segítségével a két halogénatom eltávolítható. A halogénatomok helyén kettős kötés jön létre. Az eliminációt nátrium-jodid katalizálja. (A nátrium-jodid hatására a vegyületből dijódszármazék keletkezik, majd ez lép reakcióba a fémmel.) A brómatomok eliminációja cinkkel a következő egyenlet szerint játszódik le:
Alkoholokból vízelvonással (például kénsav hatására) szintén alkének keletkeznek.
Halogénezett szénhidrogénekből tömény lúg hatására lejátszódó elimináció során szintén kétszeres kötést tartalamzó vegyületek képződnek.
[szerkesztés] Források
- Bot György: A szerves kémia alapjai
- Furka Árpád: Szerves kémia
- Kovács Kálmán, Halmos Miklós: A szerves kémia alapjai
- Bruckner Győző: Szerves kémia, I/1-es kötet.
[szerkesztés] Lásd még
A szénhidrogének típusai | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|