Алкены: реакции присоединения

Алкены — непредельные углеводороды с одной двойной связью \(\ce{C=C}\), общая формула \(\ce{C_nH_{2n}}\). Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии \(sp^2\)-гибридизации: они и четыре связанных с ними атома лежат в одной плоскости, углы между связями 120°. Двойная связь состоит из прочной \(\sigma\)-связи и менее прочной \(\pi\)-связи, электронная плотность которой расположена над плоскостью молекулы и под ней. Эта плотность доступна для атаки электрофилов, поэтому главные реакции алкенов — присоединение по месту разрыва \(\pi\)-связи.

Простейшие алкены — этен (этилен) \(\ce{CH2=CH2}\), пропен (пропилен) \(\ce{CH2=CH-CH3}\), бутен-1 \(\ce{CH2=CH-CH2-CH3}\), бутен-2 \(\ce{CH3-CH=CH-CH3}\) и 2-метилпропен \(\ce{CH2=C(CH3)2}\). Для алкенов характерны изомерия скелета, положения двойной связи, цис-транс-изомерия и межклассовая изомерия с циклоалканами. Этилен, пропилен и бутены — газы, далее идут жидкости.

Гидрирование

При нагревании в присутствии никеля, платины или палладия алкены присоединяют водород и превращаются в алканы:

\[ \ce{CH2=CH2 + H2 ->[Ni, t^\circ] CH3-CH3}; \qquad \ce{CH2=CH-CH3 + H2 ->[Ni, t^\circ] CH3-CH2-CH3} \]

Галогенирование

Бром и хлор присоединяются к алкенам быстро и без катализатора, уже при комнатной температуре. Атомы галогена встают у двух атомов бывшей двойной связи — получаются вицинальные (соседние) дигалогеналканы:

\[ \ce{CH2=CH2 + Br2 -> Br-CH2-CH2-Br} \quad (\text{1,2-дибромэтан}) \]

\[ \ce{CH2=CH-CH3 + Cl2 -> Cl-CH2-CHCl-CH3} \quad (\text{1,2-дихлорпропан}) \]

Жёлто-бурая бромная вода при этом обесцвечивается. Это качественная реакция на кратную связь: так же ведут себя алкины, диены, стирол и непредельные кислоты.

Гидрогалогенирование

Галогеноводороды присоединяются к симметричным алкенам однозначно: \(\ce{CH2=CH2 + HCl -> CH3-CH2Cl}\) (хлорэтан). К несимметричным алкенам присоединение идёт по правилу Марковникова: водород — к более гидрогенизированному атому углерода двойной связи, галоген — к менее гидрогенизированному.

\[ \ce{CH2=CH-CH3 + HCl -> CH3-CHCl-CH3} \quad (\text{2-хлорпропан}) \]

\[ \ce{CH2=CH-CH2-CH3 + HBr -> CH3-CHBr-CH2-CH3} \quad (\text{2-бромбутан}) \]

\[ \ce{CH2=C(CH3)-CH3 + HBr -> CH3-CBr(CH3)-CH3} \quad (\text{2-бром-2-метилпропан}) \]

Гидратация

Вода присоединяется к алкенам в присутствии кислоты (\(\ce{H3PO4}\) или \(\ce{H2SO4}\)) при нагревании и давлении. Из этилена так получают этанол в промышленности; гомологи присоединяют воду по правилу Марковникова и дают вторичные или третичные спирты:

\[ \ce{CH2=CH2 + H2O ->[H3PO4, t^\circ, p] CH3-CH2-OH} \]

\[ \ce{CH2=CH-CH3 + H2O ->[H+, t^\circ] CH3-CH(OH)-CH3} \quad (\text{пропанол-2}) \]

\[ \ce{CH2=C(CH3)-CH3 + H2O ->[H+, t^\circ] CH3-C(OH)(CH3)-CH3} \quad (\text{2-метилпропанол-2}) \]