Alchenele

Hidrocarburile aciclice care contin in molecula o dubla legatura intre doi atomi de carbon se numesc alchene. Alaturi de aceasta denumire mai este obisnuita si denumirea de olefine, data acestor hidrocarburi datorita faptului ca derivatii lor clorurati sau bromurati sunt lichide uleioase. S-a mai folosit denumirea de hidrocarburi etilenice, data acestei serii dupa primul termen, etilena.

Structura

Cea mai simpla alchena este etilena, C2H4, care contine doi atomi de carbon legati printr-o dubla legatura. Alchenele superioare pot fi considerate rezultate din etilena prin inlocuirea unui atom de hidrogen cu radicali alchil, ca si in cazul formarii hidrocarburilor saturate aciclice. Astfel, omologul superior al etilenei este propena, CH2=CH-CH3. Omologul propenei este butena, C4H8. Dupa pozitia pe care o ocupa dubla legatura in molecula la butena se deosebesc trei izomeri de pozitie.

Nomenclatura

Alchenele au numele format prin inlocuirea terminatiei an din numele alcanului cu alcelasi nuar de atomi de carbon in molecula cu terminatia ena. De exemplu propan-propena, butan-butena. Catena se numeroteaza astfel incat pozitia dublei legaturi sa fie indicata cu cel mai mic numar posibil. De exemplu:

CH3-CH2-CH2-CH=CH-CH3 - 2 hexena

Cei trei izomeri de pozitie ai butenei se numesc deci: 1-butena, 2-butena, 2-metilpropena. Uneori se mai foloseste si indicarea pozitiei dublei legaturi dupa numele hidrocarburii. De exemplu: butena-1. Radicalii monovalenti derivati de la alchene au numele terminat in enil, pozitia dublei legaturi fiind indicata, daca este necesar, printr-un numar. De exemplu: CH3-CH=CH- se numeste 1-propenil. CH3-CH=CH-CH2- se numeste 2-butenil. Ca exeptii se folosesc denumirile:

vinil pentru etenil: CH2=CH-
alil pentru 2-propenil: CH2-CH-CH2-
izopropenil pentru 1-metilvinil: CH2-C-CH3

Formula generala

Din cauza dublei legaturi in moleculam alchenele au doi atomi de hidrogen mai putin decat hidrocarburile saturate respective; prin urmare formula generala a acestor hidrocarburi este CnH2n. Se observa seria omoloaga a cicloalcanilor. Ele sunt deci izomere de formula bruta.

Proprietati fizice

La temperatura camerei, alchenele cu C2-C4 sunt gaze, urmatoarele, cu C5-C18 sunt lichide, iar cele cu mai mult de 18 atomi de carbon sunt solide. Punctele de fierbere sunt cu cateva grade mai scazute decat cele ale alcanilor corespunzatori. Densitatea lor este mai mare decat a alcanilor respectivi, insa toate au o densitate mai mica decat 1. Alchenele sunt insolubile n apa, dar sunt miscible cu dizolvatii organici.

Izomerie

Alchene pot prezenta trei tipuri de izomerie si anume: izomeri de catena (izomerii difera prin catena), izomeri de pozitie (catena este identica, dar difera pozitia legaturii duble) si izomeri de functiune. Izomeria geometrica apare la alchene deoarece dubla legatura este rigida si nu permite rotatia atomilor de carbon in jurul acesteia. Izometrii geometrici difera intre ei prin asezarea spatiala a substituientilor in jurul dublei legaturi. Conditia aparitiei izomeriei geometrice este ca la fiecare atom de carbon din dubla legatura sa exista substituienti diferiti.

Nomenclatura izomerilor geometrici: se stabilesc prioritatile substituientilor legati de fiecare atom de carbon din legatura dubla asfel: se compara Z-ul atomilor direct legati de atomul de carbon din dubla legatura. Cel care are Z-ul mai mare va avea prima prioritate si se noteaza cu 1, iar celalalt cu 2. Daca au acelasi Z atunci se compara atomii imediat urmatori. Comparatia se face pana cand apare o deosebire. Substituient-ul la care se gaseste Z-ul mai mare se noteaza cu 1. Acest procedeu se aplica la fiecare atom de carbon din dubla. Dupa stabilirea prioritatilor, denumirea se stabileste astfel: izomerul ce are substuienti de aceeasi parte a legaturii duble se noteaza cu Z (CIS), iar celalalt care are substuienti de acelasi fel de o parte si de alta a legaturii duble se noteaza cu E (TRANS).
Spre exemplu, C4H8 are 6 izomeri: 1-butena, CIS 2-butena, TRANS 2-butena, izobutena, ciclobutan, metilciclopropan.

Metode de obtinere

1. Descompunerea termica

    CnH2n+2 CmH2m+2 + CpH2p - cracare; n=m+p, p >= 2
    CnH2n+2 CnH2n + H2 - dehidrogenare

2. Hidrogenarea alchinelor

    R-CC-R' + H2 R-CH=CH-R (alchina) - reactia se face in prezenta de Pd otravit cu saruri de Pb.
   
    Exemple: CHCH + H2 CH2=CH2 (etena)
                      CH3-CCH + H2 CH3-CH=CH2 (propena)

3. Din derivati halogenati vicinali prin dehalogenare

    derivat halogenat + Zn ZnX2 + alchena (X=Cl,Br,I)
   
    Exemple: Cl-CH2-CH2-Cl + Zn ZnCl2 + CH2=CH2 (etena)

4. Din derivati monohalogenati prin dehidrohalogenare (-HX)

   derivat monohalogenat alchena + HX (X=Cl,Br,I)
   Exemple: CH3-CH2-Cl CH2=CH2 + HCl (etena)
                     Br-CH2-CH2-CH2-CH3 CH2=CH-CH2-CH3 (1 butena)

Regula lui Zaitev: la eliminarea de HX din derivati monohalogenati pt. care exista 2 posibilitati de indepartare a hidrogenului, acesta se va indeparta de la atomul de carbon vecin celui de care este legat hidrogenul cel mai sarac in hidrogen.

5. Prin deshidratarea alcoolilor (-H2O)

    alcool alchena + H2O
    Exemple: CH3-OH CH2=CH2 + H2O (etena)
                      CH3-CH2-OH CH2=CH-CH3 + H2O (1-butena)

Proprietati fizice

Starea de agregare a alchenelor poate fi gazoasa, lichida sau solida in functie de masa lor molara. Punctele de fierbere ale alchenelor cresc, in general, cu cresterea masei molare si sunt comparabile cu ale alcanilor corespunzatori.Alchenele sunt insolubile in apa, dar se dizolva in solventi organici (cloroform, benzen).

Reactii chimie

1. Aditia de H (hidrogenare)

   alchena + H2 alcan
   Exemple: CH2=CH-CH3 + H2 CH3-CH2-CH3 (propan)
                     CH3-CH=CH-CH3 + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 (nbutan)

2. Aditia de X2 (halogenarea) XL Cl2, Br2, I2

    alchena + X2 derivat halogenat vicinal
  
    Exemple: CH2=CH-CH2-CH3 + Cl2 CH2Cl-CHCl-CH2-CH3 (1,2-diclorbutan)
                      CH2=CH2 + Br2 CH2Br-CH2Br (1,2-dibrometan)

3. Aditia de HX (HCl, HBr, HI)

    alchena + HX derivat monohalogenat
  
    Exemple: CH2=CH2 + HBr CH3-CH2-Br (bromura de etil)
                      CH3-CH2=CH-CH3 + HCl CH3-CH2-CHCl-CH3 (clorura de sbutil)
                      CH2=CH-CH3 + HI CH3-CHI-CH3 (iodura de izopropil)

Regula lui Markovnicov: la aditia de HX la alchene nesimetrice, H se aditioneaza la atomul din dubla cel mai bogat in H, iar X-ul la cel mai sarac.

4. Aditia de H2O (hidratare)

    alchena + H2O alcool
    Exemple: CH2=CH2 + H2O CH3-CH2-OH (alcool etilic)
                      CH2=CH-CH3 + H2O CH3-CHOH-CH3 (alcool izopropilic)
                      CH2=CH2 + H2SO4 CH3-CH2-SO3H +H2O CH3-CH2-OH (alcool etilic)

5. Aditia de HBr in prezenta de peroxizi

    R-CH=CH2 + HBr R-CH2-CH2-Br

6. Aditia de acid hipologenos (HOX)

    Exemple:
    CH2=CH2 + HOCl CH2-OH-CH2-Cl (2-clor, 1-hidroxoetan)
    CH2=CH-CH2-CH3 CH2-OH-CH-Br-CH3 (1-brom, 2-hidroxopropan)

7. Reactia de polimerizare

    CH2=CH2 (-CH2-CH2-)(n) - polietena / polietilena - polimer  
    n = gradul de polimerizare 
    La polimerizare, lanturile nu ies toate de aceeasi lungime. De aceea pentru n se da o valoare medie;     se     numeste grad mediu de polimerizare.

8. Reactia de oxidare

    a) Completa (arderea sau combustia)

        CnH2n + O2 nCO2 + nH2O + Q  
        C2H6 + 3O2 2CO2 + 2H2O + Q

    b) Cu O2 in prezenta de Ag / 250 grade

        alchena + 1/2 O2 oxid de etena (instabil) +H2O diol

   c) Oxidarea blanda - Bayer: KMnO4, H2O sau Na2SO3

        alchena + [O] + H2O diol

Utilizarile alchenelor

Etena si propena sunt compusi organici produsi in cea mai mare cantitate pe plan mondial. Etena ocupa locul patru in productia tuturor compusilor chimici (fiind depasita numai de acid sulfuric, de azot si de oxigen). Cele mai importante transformari chimice ale etenei, utilizate la scara industriala sunt: polietenea, acidul acetic, PVC-ul.
Etena este produsa de plante si stimuleaza coacerea fructelor, incoltirea semintelor si maturizarea florilor.