Алкены: окисление, полимеризация, получение

Двойная связь делает алкены лёгкими для окисления. От условий зависит, сохранится ли углеродный скелет: в мягких условиях окислитель затрагивает только \(\pi\)-связь, в жёстких — рвёт двойную связь целиком.

Мягкое окисление (реакция Вагнера)

Водный раствор перманганата калия на холоде, в нейтральной или слабощелочной среде, присоединяет к атомам двойной связи две группы \(\ce{OH}\). Образуется двухатомный спирт (диол), фиолетовая окраска исчезает, выпадает бурый осадок \(\ce{MnO2}\). Это ещё одна качественная реакция на кратную связь, открытая Е. Е. Вагнером в 1888 году.

\[ \ce{3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O -> 3HO-CH2-CH2-OH + 2MnO2 v + 2KOH} \]

\[ \ce{3CH2=CH-CH3 + 2KMnO4 + 4H2O -> 3HO-CH2-CH(OH)-CH3 + 2MnO2 v + 2KOH} \]

Из этилена получается этиленгликоль, из пропена — пропандиол-1,2.

Жёсткое окисление

Раствор \(\ce{KMnO4}\) или \(\ce{K2Cr2O7}\) в кислой среде при нагревании разрывает двойную связь. Каждый фрагмент окисляется по своему правилу: группа \(\ce{R-CH=}\) превращается в карбоновую кислоту \(\ce{R-COOH}\), концевая группа \(\ce{=CH2}\) — в \(\ce{CO2}\), а атом углерода с двумя радикалами \(\ce{R2C=}\) — в кетон \(\ce{R2C=O}\).

\[ \ce{5CH3-CH=CH-CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 -> 10CH3-COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O} \]

\[ \ce{5CH3-CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 -> 5CH3-COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O} \]

\[ \ce{5(CH3)2C=CH2 + 8KMnO4 + 12H2SO4 -> 5CH3-CO-CH3 + 5CO2 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O} \]

По продуктам жёсткого окисления можно восстановить строение алкена. Если получились только уксусная кислота — исходный алкен бутен-2; уксусная кислота и \(\ce{CO2}\) — пропен; ацетон и \(\ce{CO2}\) — 2-метилпропен. В нейтральной среде при нагревании вместо кислот образуются их калиевые соли, а вместо \(\ce{CO2}\) — карбонат калия.

Горение и полимеризация

Алкены горят светящимся, слегка коптящим пламенем: \(\ce{C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O}\). При нагревании с катализаторами молекулы алкенов соединяются за счёт разрыва \(\pi\)-связей в длинные цепи — это полимеризация:

\[ \ce{$n$CH2=CH2 ->[\text{кат.}, t^\circ, p] (-CH2-CH2-)_{$n$}} \quad (\text{полиэтилен}) \]

\[ \ce{$n$CH2=CH-CH3 ->[\text{кат.}] (-CH2-CH(CH3)-)_{$n$}} \quad (\text{полипропилен}) \]

Так же полимеризуются производные этилена: винилхлорид \(\ce{CH2=CHCl}\) даёт поливинилхлорид, тетрафторэтилен \(\ce{CF2=CF2}\) — тефлон, стирол — полистирол.

Получение алкенов

В промышленности алкены получают крекингом нефтепродуктов и дегидрированием алканов: \(\ce{CH3-CH3 ->[Ni, t^\circ] CH2=CH2 + H2}\). В лаборатории и в цепочках ЕГЭ используют реакции отщепления:

• дегидратация спиртов — нагревание с концентрированной серной кислотой выше 140 °C или пропускание паров над \(\ce{Al2O3}\); отщепление идёт по правилу Зайцева: \(\ce{CH3-CH2-OH ->[H2SO4, 170^\circ C] CH2=CH2 + H2O}\);
• дегидрогалогенирование галогеналканов спиртовым раствором щёлочи: \(\ce{CH3-CHBr-CH3 + KOH ->[\text{спирт}, t^\circ] CH2=CH-CH3 + KBr + H2O}\);
• дегалогенирование дигалогеналканов с соседними атомами галогена цинком или магнием: \(\ce{Br-CH2-CH2-Br + Zn -> CH2=CH2 + ZnBr2}\);
• неполное гидрирование алкинов на палладиевом катализаторе: \(\ce{HC#CH + H2 ->[Pd] CH2=CH2}\).